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1、变形监测概述,工程变形测量内容,概论沉降监测技术水平位移监测技术建筑物内部监测技术GPS在变形测量中的应用自动化监测技术与资料整编变形监测数学模型基坑与桥梁监测技术水利工程监测技术,第一讲 概述,本次课主要内容,变形测量的基本概念变形测量的任务与目的变形测量的特点变形测量的基本原理变形测量的精度变形测量的周期变形测量的研究现状及进展,1.变形测量的基本概念,世间万物无时无刻不受到力的作用。,在力的作用下，物体将改变原有运动学状态,力的作用效果或使物体产生机械运动（如位移和旋转），或使物体产生变形（如伸缩、弯曲、剪切、扭转等）。,1.变形测量的基本概念,变形是自然界普遍存在的现象,变形在一定范围
2、内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发事故和灾难。例如地震、滑坡、岩崩、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。,1.变形测量的基本概念,变形测量的具体对象为变形体,变形体的范围可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体，它包括自然和人工的构筑物。,工程和局部性变形，如工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采引起的地表移动和下沉等,工程变形测量以工程和局部性变形为研究重点。,1.变形测量的基本概念,对建筑物、构筑物及其地基或一定范围内岩体及土体的位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝等所进行的测量工作。（GB/T 500281996工程测量基本术语标准7.1.1）。,变形测量（deform
3、ation survey /measurement） ：,为获取物体变形信息而进行的测量工作。,1.变形测量的基本概念,变形监测是掌握建筑物工作性态的基本手段，不全面。,结构内部的应力、温度以及外部环境进行相应的监测，变形监测发展成为安全监测。,安全监测成果：1反映建筑物的工作性态，2反馈给管理部门，调节建筑物荷载，安全监测-安全监控。,建筑物健康诊断理论。,1.变形测量的基本概念,工程变形测量与工程测量的关系：,工程变形测量是重要和大型工程运营阶段的主要测量工作，甚至在施工阶段就要进行变形监测。,1.变形测量的基本概念,工程变形测量与工程测量的关系：,精密工程测量绝对测量精度达到毫米级相对测
4、量精度达到110-5,变形测量的典型精度是绝对测量精度达到1mm或相对测量精度达到110-6,2.变形测量的任务与目的,变形测量的任务：,所研究的物体是否发生变形？,若发生变形，变形多大？,发生变形的原因是什么？,变形测量的任务是，应用各种测量手段，测定变形体之形状、位置在时空域中的变化特征，并解释其发生的原因。,2.变形测量的任务与目的,变形测量的目的和意义：,变形测量的实用意义是安全监测。主要是检查各种工程建筑物、地质构造、工业构件等的稳定性，分析和评价建筑物的安全状态，以便及时发现问题和采取应对措施。,拦河大坝是一类重要的工程建筑物，大坝失事极短时间内造成巨大损失。1963年意大利266
5、m高的瓦依昂（Vajont）拱坝，南岸发生大滑坡，滑坡体以2530m/s的速度滑向水库，在3060s内共滑下(2.73)108m3的土石方，使库中5107m3的水被挤出，掀起250m高的巨大水浪，洪水浸没坝顶100m高，在下游1.5km的峡口处，仍有60m高的巨浪，从滑坡开始到下游被摧毁，只经历了7分钟，毁灭一个城市和几个小镇，死亡3000人。,2.变形测量的任务与目的,变形测量的目的和意义：,变形测量的实用意义安全监测。,1975年8月驻马店板桥水库溃坝，世界最大的溃坝灾难,2.变形测量的任务与目的,变形测量的目的和意义：,变形测量的实用意义安全监测。,2009年5月17日，株洲一高架桥坍塌
6、，造成多人伤亡,2.变形测量的任务与目的,变形测量的目的和意义：,变形测量的实用意义安全监测。,瑞士的Zeuzier拱坝，高156m，在竣工后20多年中，大坝运行正常，但1978年突然发现异常，坝顶下沉10cm，拱座间距离缩短5cm，拱冠顶向上游移动9cm，超出预计变形值一倍以上。发现异常后，泄放了库中90的水，发现坝体已产生裂缝。仔细检查和分析原因，得知这是由于离坝不远处（距大坝1400m、比坝低300m），正在开挖一条穿过阿尔卑斯山的公路隧道所造成的，当隧道工程停止后，坝体变形明显减小。,坚持长期的、严密的变形测量可以避免或减少损失。,1985年6月12日，长江三峡新滩大滑坡成功预报，确保
7、灾害损失减少到了最低限度，滑坡区内457户1371人在滑坡前全部安全撤离，在险区航行的11艘客货轮及时避险，免遭灾难。,2.变形测量的任务与目的,变形测量的目的和意义：,变形测量的科学意义包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论，以及建立正确的预报变形的理论和方法。,反馈设计施工质量验证设计参数 研究正确的变形规律和预报变形的方法,3.变形测量的特点,周期性重复观测,变形测量的主要任务是周期性地对观测点进行重复观测，以求得其在观测周期内的变形信息。周期性是指观测的时间间隔是固定的，不能随意更改；重复性是指观测的条件、方法和要求等基本相同。,着重于研究点位的变化,变形测量工作主要关心的是
8、变形体的变形，即测点的变化，而不是点的绝对坐标，坐标只是变形测量中非常重要的中间结果。因此，变形监测的坐标系统可根据工程需要灵活建立。,3.变形测量的特点,多种观测技术的综合应用,任何一种测量技术都有可能用于变形测量，尤其对于大型工程建筑物，例如大坝变形测量，需要多种测量技术的综合运用，如它的外部观测，可采用常规大地测量技术或GPS技术，它的内部观测则要采用多种准直测量技术和正、倒锤测量技术等。,精度要求高,变形体的变形量一般较小，为了准确区分变形量和测量误差，必须提高测量精度，变形监测的观测误差往往要求在变形允许值的 之间，甚至要求最高的测量精度。,4.变形测量的基本原理,变形测量的基本方法
9、是在变形体的变形特征处设置一些点（称为目标点或变形点、监测点），重复测算这些点的坐标，从点的坐标变化中获取变形信息。,4.变形测量的基本原理,为了得到目标点的位置变化,需要一个稳定的点作参考,称参考点或基准点。,参考点必须稳固,对平面来说,参考点不能水平移动；对高程来说,参考点不能升降,设立参考点的措施不外“远离”和“深埋”。“远离”:参考点远离变形体,使参考点在变形影响范围之外；“深埋”:将参考点设立在基岩或深部稳定土层上,如深埋双金属管标志和倒锤。,4.变形测量的基本原理,但是, 措施不是结论。测量人靠数据说话多个参考点形成参考网，并进行重复观测参考网稳定性判断平均间隙法,4.变形测量的基
10、本原理,参考点对相对变形信息至关重要,但对绝对变形信息的求取却无直接关系。,5.变形测量的精度,混凝土大坝变形监测的精度,6.变形测量的周期,为了获得变形体的变形和变形时间特征，变形测量采用重复观测的方法，理想的情况是不间断地连续进行。,变形信息才能在两期测算坐标之间的比较中及时反映出来。,变形测量重复观测的时间间隔称为观测周期(也称监测周期 )。,6.变形测量的周期,就具体工程项目而言，观测周期与工程的大小、测点所在位置的重要性、观测目的以及一次观测所需要的时间长短有关。,变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。,
11、在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测次数应多一些；随着建筑物趋向稳定，可以减少观测次数，但仍应坚持长期观测，以便能发现异常变化。对于周期性的变形，在一个变形周期内至少应观测2次。,说明：,6.变形测量的周期,如遇特殊情况，如暴雨、洪水、地震等，应进行加测。及时进行第一周期的观测有重要意义。因为延误最初的测量就可能失去已经发生的变形数据，而且以后各周期的重复测量成果都是与第一次成果相比较的，所以应特别重视第一次的观测质量。,7.变形测量的研究现状及进展,变形监测技术的现状,现场巡视,现场巡视检查是变形监测中的一个重要内容；采用简单量具或临时安装的仪器设备在建筑物及其周围定期或不定期进行检查；
12、检查结果可以定性描述，也可以定量描述。,7.变形测量的研究现状及进展,变形监测技术的现状,位移监测,位移监测主要包括沉降监测、水平位移监测、挠度监测、裂缝监测等；对于不同类型的工程，各类监测项目的方法和要求有一定的差异。,沉降监测的常用方法：,水平位移监测的常用方法：,几何水准、三角高程、液体静力水准等；,传统大地测量方法、摄影测量方法、基准线法、空间定位技术、专门测量方法等,对于绝大多数工程项目，仅仅监测变形是不够的，仅有变形信息无法进行变形分析和物理解释，需要同时检测记录一些其他项目，包括环境量、应变、应力、渗流等。,7.变形测量的研究现状及进展,变形监测技术的现状,环境量监测,环境量监测
13、一般包括气温、气压、降水量、风力、风向等。对于水工建筑物，还应监测库水位、库水温度、冰压力、坝前淤积和下游冲刷等；对于桥梁工程，还应监测河水流速、流向、泥沙含量、河水温度、桥址区河床变化等。总之，对于不同的工程，除了一般性的环境量监测外，还要进行一些针对性的监测工作。,7.变形测量的研究现状及进展,变形监测技术的现状,渗流监测,渗流监测主要包括地下水位监测、渗透压力监测、渗流量监测等。对于水工建筑物，还要包括扬压力监测、水质监测等。,应力、应变监测,应力、应变监测的主要项目包括：混凝土应力应变监测、锚杆（锚索）应力监测、钢筋应力监测、钢板应力监测、温度监测等。应力、应变的监测应与变形监测、渗流
14、监测等项目结合布置，以便监测资料的相互验证和综合分析。应力、应变监测一般采用专门的应力计和应变计进行。,7.变形测量的研究现状及进展,变形监测技术的发展,远程在线监控或网络监控将在重大工程安全监控管理中发挥巨大作用。,多种传感器、数字近景摄影、测量机器人和GPS的应用，将极大促进实时、连续、高效、自动化、动态监测系统的建立；,变形测量自动化将极大提高时空采样率，这将为变形分析提供极丰富的数据信息；,高度可靠、实用、先进的测量仪器和自动化系统，将在恶劣环境下长期稳定可靠地运行；,7.变形测量的研究现状及进展,变形测量数据处理,粗差检验,变形物理解释,方差估计,平差,变形几何分析,变形分析,7.变形测量的研究现状及进展,变形分析研究的发展,变形几何分析和物理解释的综合、变形非线性系统问题的研究将逐步展开，以知识库、方法库、数据库和多媒体库和综合推理机为主体的安全监测专家系统的建立是未来发展的方向。,数据处理与分析将向自动化、智能化、系统化、网络化方向发展，更注重时空模型和时频分析（尤其是动态分析）的研究，数字信号处理技术将会得到更好应用。,对各种方法和模型的实用性研究将得到加强，变形测量系统软件的开发不会局限于某一固定模式，变形分析新方法仍将不断出现；,由系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协同学、突变论、分形与混沌动力学等所构成的系统科学和非线性科学将得到进一步应用；,
