变形观测-土木-

2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系1变形观测与数据处理第2章垂直位移与水平位移观测主讲教师：高飞2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系2第2章垂直位移与水平位移观测§2.1垂直位移监测网布设及观测标志§2.2垂直位移观测§2.3地面倾斜测量§2.4水平位移观测网及观测标志§2.5水平位移测量技术概述§2.6视准线法测量水平位移§2.7激光准直测量§2.8引张线法测量水平位移§2.9建筑物主体倾斜和挠度测量§2.10裂缝测量2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系3◆工程（构）建筑物的变形观测方法很久以来一直将其分为两大类，即垂直位移观测和水平位移观测。但随着对变形观测理论和方法的研究不断深入，越来越发现这种分类方法很难涵盖所有的变形测量工作。◆现行《建筑变形测量规程》根据工程建筑物的主要变形性质、并顾及工程设计和施工的习惯用语，将变形观测方法分成沉降观测和位移观测两大类。§2.4水平位移观测网及观测标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系4◆沉降观测在前面已作了介绍，主要包括建筑物（基础）沉降观测、基坑回弹测量、地基土分层沉降和建筑场地的沉降观测等。◆位移观测包括水平位移观测、建筑物主体倾斜观测、挠度和裂缝观测、日照变形、风振变形以及场地滑坡观测等。◆本节介绍水平位移观测的相关内容。§2.4水平位移观测网及观测标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系5◆与其它测量工作一样，变形测量工作亦应遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的测量原则，水平位移观测也不例外。◆根据工作现场的实际情况和观测条件，选定控制测量方法，设计控制网布网方案，并按规范规定的精度等级精确测定变形观测的基准点和工作基点的坐标。◆再根据待测建（构）筑物的特征和测量仪器设备条件，确定具体水平位移观测方法和观测程序，定期观测（或自动监测）待测物体在规定平面上随时间变化的位移量和位移速度等。§2.4水平位移观测网及观测标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系6§2.4水平位移观测网及观测标志1.按工作性质分类变形监测工作中的测量标志按其工作性质分类，可分为平面标志和高程标志。2.按用途分类按不同的用途变形观测使用的测量标志可分为三类，即：变形点、工作基点和基准点。（1）变形点又称变形观测点（2）工作基点即测量控制点（包括联测点或定向点）（3）基准点——变形监测控制网的基础建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系7§2.4水平位移观测网及观测标志一、水平位移测量控制网1．基准网由基准点形成的测量控制网称为基准网。需定期复测，目的是检核基准点本身的稳定性。2．变形网由所有变形点组成的测量网称为变形网。变形网可分为：相对网和绝对网两种。3．扩展网由所有基准点、变形点、工作基点和联测点共同组成的测量网称为扩展网。水平位移观测网可采用测角网、测边网、边角网和GPS网等多种布网形式2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系8§2.4水平位移观测网及观测标志一、水平位移测量控制网二、强制对中装置由于水平位移监测网精度高，长期重复观测，所以要求在测站点位上建立观测墩，实行强制对中保证每次仪器或照准标志的对中误差小于±0.1mm。常用对中装置有：1．点线面对中装置2．三叉式对中装置3．球孔式对中装置4．柱椎式对中装置5．螺旋式对中装置2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系9§2.4水平位移观测网及观测标志一、水平位移测量控制网二、强制对中装置三、平面标志体平面基准点、工作基点必须长期稳定：远离或深埋。常用方法主要有：（一）建立观测墩1．岩层点观测墩2．土层点观测墩（二）倒锤1．有水倒锤2．无水倒锤（三）光线传递式标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系10建立观测墩1．岩层点观测墩2．土层点观测墩2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系11（1）有水倒锤（2）无水倒锤2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系12无水倒锤光线传递式标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系13§2.4水平位移观测网及观测标志一、水平位移测量控制网二、强制对中装置三、平面标志体四、平面点照准标志平面点照准标志基本要求：1．便于对中、安置和瞄准；2．固定式或移动式觇标一般要求强制对中；3．颜色对比度强、醒目；4．线条粗细适当、边缘清晰。2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系14各类照准标牌标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系15各类照准标牌标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系16标牌标志角形标志或悬臂标志2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系17◆事实上，针对工业与民用建筑的单纯水平位移观测，开展的并不多见。但对于大型桥梁和水电大坝，因其建筑主体（桥墩、坝体）及其基础长期受到水流的冲击和上下游水位落差的影响，定期地（或自动化连续观测）对其进行水平位移观测显得尤其重要。◆工程建（构）筑物水平位移观测的内容主要包括结构物主体水平位移观测、位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等。§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系18◆水平位移测量技术主要有：1．地面监测技术；2．摄影测量方法；3．空间测量技术；4．专用测量方法。◆本节主要概述地面监测技术和专用测量方法。§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系19一、地面监测方法利用常规精密测量仪器（如精密经纬仪、测距仪、全站仪等）测量变形点的角度或边长的变化，求算水平位移。优点是：简便、灵活、精度高、便于检核等。主要方法有：1．交会法（角度交会、距离交会等）；2．极坐标法；3．自由设站法；4．边角网法；5．基准线法（包括测小角法、准直法、引张线法等）§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系20一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测利用全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由计算机控制按拟定的观测顺序遥测各变形点，自动观测、记录、计算。全自动变形监测系统应包括：1．基准站；2．基准点（或工作基点）；3．变形点（一般在待测物体上固定安置反光镜）4．控制中心（包括计算机软硬件、通讯设备等）§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系21一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系22数据通讯控制室全站仪监测站基准点观测点港口湾大坝全自动变形监测系统2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系23一、地面监测方法（一）固定式全自动持续监测（二）移动式半自动变形监测每次观测时，将全自动全站仪（测量机器人）强制对中安置在观测墩上，由全自动全站仪按拟定的观测顺序自动照准各变形点，自动观测、记录、计算。§2.5水平位移测量技术概述2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系24一、地面监测方法二、专用测量方法主要包括应变测量、倾斜仪测量和深部测斜仪测量等。§2.5水平位移测量技术概述•基准线法一般归入地面监测方法。自动遥测应变测量仪2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系25自动遥测应变测量系统结构图2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系26一、视准线法测量原理视准线法又称基准线法，测量的原理是以通过建筑物轴线或平行于建筑轴线的固定不变的铅直平面为基准面，并以此为根据测定建筑物的水平位移。§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系27一、视准线法测量原理1.保证基准面稳定(1)端点强制对中,对中误差0.1mm(2)检核端点变化,并施加改正视准线法进行水平位移观测的主要问题：2.提高观测精度(1)精密设计测量标志点的照准觇牌(2)选择良好的观测时段,优化观测程序§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系28一、视准线法测量原理•活动觇牌法又称移动觇牌法，是利用直接安置在观测点上的移动觇牌来测量偏离值。•移动觇牌读数尺上最小分划为１ｍｍ，利用游标可以读到0.01ｍｍ。二、观测方法与要求1.活动觇牌法§2.6视准线法测量水平位移PiΔiABSi2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系29一、视准线法测量原理二、观测方法与要求1.活动觇牌法§2.6视准线法测量水平位移PiΔiABSi2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系30一、视准线法测量原理二、观测方法与要求1.活动觇牌法PiΔiABSi§2.6视准线法测量水平位移•具体测量时，将视准仪或精密经纬仪安置在A点上；•瞄准B点并指挥Pi点上的活动觇牌标志移动至十字丝上，记录游标读数，反方向移动觇牌重新对准十字丝并读数；上述重复4次为一测回。共观测2~4测回。•以上是往测，仪器移至B点同法返测Pi点，按距离长短加权平均作为最后结果。2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系31一、视准线法测量原理测量小角度法是利用精密经纬仪（如DJ2型以上的经纬仪）精确地测出基准线与置镜点到观测点视线之间所夹的微小角度，并按下式计算偏离值。2.测小角法二、观测方法与要求iiistan基本公式:iiisPiΔiABSi§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系32一、视准线法测量原理激光准直法是由激光束建立基准线的方法，根据其测定偏离值的原理不同，又可分为激光经纬仪准直与波带板激光准直。(1)激光经纬仪准直(与活动觇牌法类似)2.测小角法二、观测方法与要求PiΔiABSi1.活动觇牌法3.激光准直法§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系33一、视准线法测量原理(2)波带板激光准直(三点法激光准直)2.测小角法二、观测方法与要求PiBiδiΔiASiBSAB1.活动觇牌法3.激光准直法在基准线两端安置激光器点光源和探测器，在观测点上安置波带板。当激光束照满波带板时产生干涉，就会在光源和波带板连线的延长线上的Bi位置形成一个亮点，被B点探测器测定。iABiiSS§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系34激光准直仪2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系35(2)波带板激光准直(三点法激光准直)波带板的种类2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系36一、视准线法测量原理•在两端工作基点A、B上用重锤拉紧一直径约0.6mm～1.2mm的不锈钢丝建立基准线，测定中间各观测点的偏离值。•三测回观测平均值的精度可达±0.03mm。2.测小角法二、观测方法与要求PiΔiABSi1.活动觇牌法3.激光准直法4.引张线法§2.6视准线法测量水平位移2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系37引张线法的基本原理2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系38引张线法的基本原理2020年2月8日星期六合肥工业大学土木学院测量工程系391.对距离的测量精度要求•测小角法基本公式：•中误差：三、测小角法的精度要求iiis222222211iiiSiimmSm•因测距精度明显高于测角精度，通常取iiSiimmS31iSiimm16.3§2.6视准线法测量水平位移PiΔiABSi2020年2月