变形观测土木1.ppt

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1、2023年9月26日星期二,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 主讲教师：高飞,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,2,变形观测与数据处理,课程性质：土木工程专业选修课学时数：24 学时教材及主要参考书 1 工程测量学第三版，测绘出版社 2 工程测量学张正禄，武汉大学出版社 3变形监测与数据处理黄声享，武汉大学出版社 4变形监测理论与应用侯建国，测绘出版社 5 建（构）筑物变形监测高飞，合肥工大讲义,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,3,第一章 变形监测概述第二章 垂直位移与水平位移观测第三章 变形监测新技术与工程实例第四章

2、 变形监测数据处理,本课程的主要内容,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,4,1.1 变形测量的意义、目的和内容 1.2 变形监测的特点 1.3 变形监测技术和方法 1.4 变形监测数据分析,第1章 变形监测概述,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,5,1.1 变形测量的意义、目的和内容,一、变形与变形监测 工程建（构）筑物的变形监测，在我国还是一门比较年轻的科学。它是随着我国建设事业的发展而兴起的，并向着多学科融合的边缘科学方向发展。,高层（超高层）民用建筑物,大型水工建筑物大坝,交通建（构）筑物大型桥梁,工业建筑群（如上海宝钢、核电站等）,现

3、代科学试验设备高科技,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,6,例如：上海金贸大厦高420.5m、88层；深圳地王大厦高324.8m；大型电视塔北京上海天津等；上海环球金融中心101层，高度达492m。,高层（超高层）民用建筑物,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,7,上海金贸大厦,高420.5 m88层钢-混结构建成于1998年,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,8,深圳地王大厦,高324.8m(塔顶高384m)69层钢-混结构建成于1996年,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,9,高380m(

4、天线顶部405m)建成于1997年,北京中央广播电视塔,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,10,1.阿拉伯联合酋长国迪拜塔828米2.广州电视塔600米；3.加拿大多伦多电视塔为553米；4.莫斯科奥斯坦基诺电视塔为540米；5.上海东方明珠电视塔为468米；6.吉隆坡梅纳拉电视塔为421米；7.天津电视塔为415米；8.北京中央广播电视塔为405米,世界八大高塔,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,11,哈利法塔（Burj Khalifa Tower）原名迪拜塔（Burj Dubai），位于阿拉伯联合酋长国。2004年9月21日开始动工，20

5、10年1月4日竣工启用，耗资10亿美元。168层，钢混结构总高828米=601+227米,阿拉伯联合酋长国迪拜塔,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,12,于2009年9月竣工，广州电视观光塔整体高度达到600米，取代加拿大的西恩塔成为世界第一高自立式电视塔。其中塔身主体450米(塔顶观光平台最高处454米)，天线桅杆150米，总高度600米。,广州塔（小蛮腰）,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,13,上海广播电视塔(东方明珠)总高度468米(118米+350米)建成于1994年10月,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系

6、,14,天津央广播电视塔,总高415.2m建成于1991年10月,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,15,上海环球金融中心,高492m，101层钢-混结构2008年建成,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,16,武汉长江大桥,南京长江大桥,1957,1968,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,17,九江长江大桥,润扬长江大桥,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,18,芜湖长江大桥,安徽省芜湖市的芜湖长江大桥，全长10616米，是目前中国最长的公铁两用桥。跨江主桥长2193米，大桥主跨312米，是

7、我国迄今为止公铁两用桥中跨度最大的桥梁,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,19,铜陵长江大桥,安庆长江大桥,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,20,万里长江第一坝葛洲坝,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,21,葛洲坝发电厂房与泄洪闸,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,22,长江三峡水电枢纽三峡大坝全景,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,23,三峡大坝施工现场,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,24,长江三峡水电枢纽三峡大坝卫星影像图,202

8、3年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,25,安徽佛子岭水电大坝新中国第一坝,始建于1952年建成于1954年,2005年国家投资1.66亿对其进行检测加固,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,26,安徽金寨梅山水电大坝,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,27,利用全自动全站仪进行大坝监测,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,28,利用近景摄影测量方法进行大坝监测,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,29,浙江秦山核电站,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,3

9、0,北京正负电子对撞机,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,31,中国科技大学同步辐射加速器,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,32,中科院合肥等离子研究所托特马克装置（用于等离子研究的核聚变装置）,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,33,巨型对天射电望远镜,1963年美国安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜(直径305米),2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,34,当变形值在一定限度之内时，可认为是正常现象，如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑

10、物的安全和人民生命财产的安全。因此，在工程建（构）筑物的施工、使用和运营期间，必须对它们进行必要的变形监测。,一、变形与变形监测,变形 由于各种相关因素的影响，这些工程建筑物及精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,35,变形监测包括内部监测和外部监测两部分。内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等；外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。工程建筑物的内外部变形观测之间有着密切

11、的联系，一般应同时进行，以便互相验证和补充。,一、变形与变形监测,所谓变形监测，就是利用专门的仪器和设备测定建（构）筑物及其地基在建（构）筑物荷载和外力作用下随时间而变形的测量工作。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,36,一、变形与变形监测,从广义上说，变形监测的研究范围应包括：（1）全球性变形测量：研究地极移动、地球自转速度以及地壳板块运动等变形测量工作。（2）区域性变形测量：研究同一地壳板块范围内的变形状态，以及相邻板块交界处的相对变形测量工作。（3）局部性变形测量：研究工程建（构）筑物的变形、基坑或山体滑坡变形、地表沉陷变形，以及工业设备构件的形位变形监测等

12、是本课程学习的重点内容。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,37,二、变形产生的原因与类型1.变形产生的原因,(1)自然条件及其变化 建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。例如，由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉降，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律性变形；新建的相邻大型建筑物改变了原有建筑物周边的土壤平衡，使地面产生不均匀沉降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。,(2)与建筑物本身相联系的原因 如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等

13、。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,38,二、变形产生的原因与类型1.变形产生的原因,(1)自然条件及其变化（地质、水文、气象、相邻建筑物的影响）,(2)与建筑物本身相联系的原因（结构形式、本身荷重、动态荷载）,此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。通常，这些大型建（构）筑物变形的原因都是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管理阶段。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,39,二、变形产生的原因与类型2.变形的类型,(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形,(2)按变形状态则可分为静态变

14、形和动态变形,静态变形:是指变形监测结果仅表示为时间的函数；动态变形 是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,40,是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。,三、变形监测的主要任务,至于变形观测的具体方法，则要根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定，这将在以后各章节中详细介绍。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,41,四、变

15、形监测的目的和意义(一)变形监测的意义,根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变形的因素是多方面的，而且多数变形由客观自然条件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变形是不可避免的。当建筑物在施工和运营理过程中，产生不利于建筑物稳定的变化因素时，变形就必然要发生。当变形值超过允许的限值，建筑物就可能出现危险甚至破坏，给人民的生命财产造成极大的损失。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,42,1.国外出现的典型实例(1)法国马尔巴塞大坝（Malpasset），这座高67m的拱坝建成5年后，于1959年12月倒塌，其下游10km处的费雷加斯城在45分钟内被滚滚而下的洪水夷为平地

16、。(2)意大利262m高的瓦依昂（Vajont）拱坝1963年因上游库岸大滑坡，导致涌浪翻坝且水库淤满而失效。,四、变形监测的目的和意义,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,43,四、变形监测的目的和意义,2.国内出现的典型实例(1)我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失事，造成灾害。(2)在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其旁边（仅相隔1m多）新建高层建筑物的影响，造成地面开裂，该6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠向新建高层建筑成为危房而拆除。(3)由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世纪初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。(4)桥梁的倒塌事故，如以

17、四川彩虹桥为代表的多处桥梁倒塌失事，给国家和地方造成了巨大的损失。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,44,四、变形监测的目的和意义,2.国内出现的典型实例(5)2007年11月20日湖北省恩施市高阳寨隧道崩塌，证实31人死亡、1人失踪。08年杭州地铁塌陷、09年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等。(6)2007年11月24日下午3点山西省侯马市西客站候车大厅举行封顶典礼，25日凌晨1点倒塌。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,45,四、变形监测的目的和意义,2.国内出现的典型实例（7）2010年11月26日20：30左右，南京市内环西线南延工程发

18、生钢箱梁倾覆事故，导致7名施工人员经抢救无效死亡，3人受伤。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,46,昆明新机场在建桥梁垮塌7人死亡34人受伤。2010年1月3日下午，昆明新机场配套引桥工程在混凝土浇筑施工中发生支架垮塌事故。,四、变形监测的目的和意义,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,47,为此，对于大型建（构）筑物的灾害变形监测与防治已越来越受到全社会的普遍关注和重视。经过20多年的努力，广大测量科技工作者和工程技术人员在变形监测领域取得了丰硕的研究成果，并发挥了巨大的社会效益。,四、变形监测的目的和意义,2023年9月26日星期二,合肥

19、工业大学土木学院测量工程系,48,例一:,四、变形监测的目的和意义,1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾害损失减少到最低限度。它不仅使滑坡区内457户计1371人在滑坡前夕全部安全撤离，无一人伤亡，而且使正在险区长江上、下游航行的11艘船只及时避险。为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,49,例二:,四、变形监测的目的和意义,1998年长江流域大洪水，湖北隔河岩大坝成功利用GPS自动化变形监测系统在抗洪错峰中发挥了巨大作用，确保了长江安全渡汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。,

20、2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,50,隔河岩大坝GPS监测系统,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,51,隔河岩大坝GPS监测系统,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,52,香港青马大桥变形监测,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,53,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,54,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,55,除了这些为保证大型建（构）筑物安全运营所进行的变形监测工作以外，还有许多测绘、土木建筑、铁路、桥梁和水利工程等相关领域的科研部门为

21、了对新型、高耸或巨型工程建筑物的设计理论以及古建筑保护进行研究，也开展了大量的变形监测工作。,四、变形监测的目的和意义(一)变形监测的意义(二)变形监测的目的,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,56,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,57,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,58,四、变形监测的目的和意义(二)变形监测的目的,综上所述，建（构）筑物变形监测的目的有二：(1)监测以保证建（构）筑物的安全为目的 通过变形观测取得的资料，可以监视工程建筑物的变形的空间状态和时间特性；在发生不正常现象时，可以及时分析原因，采取

22、措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。（变形的几何分析）(2)科研以积累资料、优化设计为目的 通过施工和运营期间对建筑物的观测，分析研究其资料，可以验证设计理论，所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。（变形的物理解释）,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,59,由此可见，通过变形监测，可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性，及时发现问题，确保工程质量和使用安全；更好地了解建（构）筑物变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的变形预报理论和方法；以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。

23、,四、变形监测的目的和意义(二)变形监测的目的,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,60,四、变形监测的目的和意义(二)变形监测的目的,为了达到此目的，应在工程建筑物设计阶段，在调查建筑物地基承载性能、研究自然因素对建筑变形影响的同时，就着手拟定变形观测的设计方案，并将其作为工程建筑物的一项设计内容，以便在施工时，就将观测标志和设备埋置在设计位置上，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止为止。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,61,随着我国经济建设的蓬勃发展，带动了许多关系到国计民生的大型基础设施的建设。例如:(1)兴建了众所周知的葛

24、洲坝和长江三峡大坝 等许多大型水电枢纽工程；(2)已建成或在建中的数十座长江大桥和跨海大桥，以及高速铁路的建设；(3)许多大型工业厂房分布祖国各地，高层民用建筑和超高层建筑已如雨后春笋般地耸立在大江南北、各大城市。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,62,上述大型基础设施的建设，不仅推动了我国经济建设和现代化建设的进一步发展，使农村脱贫致富、工业逐步强大、城市更加繁荣，也促进了我国在土木、水利、交通设计和建筑新材料方面的研究、施工技术和工艺方面的创新等等。同时，因建（构）筑物越来越高、规模越来越大，为保证这些建（构）筑物的安全使用以及

25、设备正常运转，对变形监测工作也就提出了更高的要求。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,63,(1)利用常规的水准仪、经纬仪等测量仪器进行的传统变形观测方法；(2)激光准直；(3)近景摄影测量；(4)各类位移传感器；(5)数字水准仪；(6)全自动电子全站仪（测量机器人）；(7)三维立体激光扫描仪；(8)全球卫星导航定位系统（GNSS）,1.变形监测工作发展过程,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,64,我国建（构）筑物变形监测概况,利用上述测量新技术,可进行全天候自动变形监测，测

26、量仪器和测量手段的不断更新，新技术和相关学科的不断融合，使得人们对变形观测和变形分析的研究也越来越深入。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,65,我国建（构）筑物变形监测概况,在我国最早系统地开展变形监测工作的应是位于东北地区的丰满水电大坝，在分析变形数据的基础上，确定加固方案，延长了大坝的使用寿命。位于我国南北交通命脉上的武汉长江大桥、南京长江大桥等其它特大型桥梁的变形监测，在建设之初就引起了国家主管部门的高度重视，建立了比较完善的变形监测系统。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,66,我国建（构）筑物变形监测概况,在我国变形监测领域，最受

27、人们关注的是葛洲坝和三峡水利枢纽工程，由于大坝的性质和可能造成的危害程度决定了变形监测工作在这样一个举世瞩目的特大工程中的地位。在葛洲坝和三峡大坝建设和运营管理过程中，庞大完善的变形监测系统（包括：各种测量仪器设备、测量标志点位以及雄厚的测量科研技术力量等）几乎涵盖了当今国内外各种变形监测的手段和方法，提供了大量丰富可靠的变形监测数据，为确保大坝的安全建设和运营起到了极其重要的作用。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,67,我国建（构）筑物变形监测概况,随着近年来大型工业厂房建筑和城市高层、超高层民用建（构）筑物的日益增多，这些位于人口密集、城市中心地带的巨型建筑物，

28、其可能存在的安全隐患，越来越受到各个国家有关部门的高度重视。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,68,我国建（构）筑物变形监测概况,我国为保证这些高层建筑物的安全施工和使用，制定了相应的法律和法规，确保变形监测工作纳入有序轨道，并贯穿于高层、超高层等大型建（构）筑物的勘测、设计、施工和运营管理的各个阶段。国家建设部于1998年颁布实施了建筑变形测量规程（中华人民共和国行业标准JGJT 897），进一步规范了变形观测工作，使大型建（构）筑物的变形监测工作有了技术保障。（2008年修订）,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,69,2高层建（构）筑物

29、的变形特点,关于高层建筑和超高层建筑的划分，就我国而言，大体上可以这样划分：4层以下为一般建筑；58层为多层建筑；920层为高层建筑；20层以上为超高层建筑。,（1）基础较深，需进行基坑回弹测量 从结构设计的角度出发，高层建筑为减少本身对地基产生的附加荷载，从而减小总沉降量及沉降差。当土质较好时，可加大埋深，利用天然地基。当地基深挖后，土的自重失去平衡，会产生基坑地面隆起变形，需进行基坑回弹测量。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,70,世界十大高层建筑物,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,71,国际部分最高

30、层建筑,台北101大厦508米2005年建成,佩特纳斯大厦 452米，95层1998年建成,纽约世贸大厦 417米，101层1972年建成,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,72,2高层建（构）筑物的变形特点,（1）基础较深，需进行基坑回弹测量,（2）沉降量较大，需进行沉降观测 高层建筑由于层数多，荷重大。因此，沉降量也较大。例如上海有的建筑物下沉量达180厘米。高层建筑对差异沉降极为敏感，不仅本身下沉，而且对邻近建筑物也有影响。所以，在施工期间和竣工之后都要定期进行沉降观测。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程

31、系,73,2高层建（构）筑物的变形特点,（1）基础较深，需进行基坑回弹测量,（2）沉降量较大，需进行沉降观测,（3）楼体高力矩大，需进行倾斜观测 高层建筑除在设计时注意控制水平荷载产生的位移，施工时要分层计算逐层调整外，建成之后仍要进行倾斜监测。其倾斜与地基和整体刚度有关。例如意大利的古建筑比萨斜塔，8层高54m。从1918年开始倾斜观测，建成至今630多年共倾斜4.40m。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,74,意大利比萨斜塔,苏州虎丘塔,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,75,2高层建（构）筑物的变形特

32、点,（1）基础较深，需进行基坑回弹测量,（2）沉降量较大，需进行沉降观测,（3）楼体高力矩大，需进行倾斜观测,（4）风荷载大，需进行风振测量 高层建筑在风荷载作用下，受振动而变形，特别在台风地区更为明显。例如美国纽约的“帝国大厦”102层，高381m，在最大风力117.3m/s时，其最高点要偏离16.5cm，在偏离处还要引起振幅为18.3cm的振动，因此最大偏离可达25.65cm。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,76,（4）风荷载大，需进行风振测量,5墙体温差大，需进行日照变形观测 高层建筑物墙体平面尺寸较大，受日照变形的影响是不

33、可忽视的。例如前苏联在16层陶粒混凝土板块民用住宅楼进行了测试。当墙面温度在16时，第七层观测点位移1.7mm，第12层观测点位移3.5 mm。故需随温度的变化进行位移和挠度测量。,2高层建（构）筑物的变形特点,（1）基础较深，需进行基坑回弹测量,（2）沉降量较大，需进行沉降观测,（3）楼体高力矩大，需进行倾斜观测,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,77,3其它建（构）筑物的主要变形特点,其它大型工程建（构）筑物除与上述高层和超高层建筑具有部分共性外，还具有一些各自的变形特点。例如：大型桥梁的桥墩因长期受到水流的冲击，易产生水平位移甚

34、至滑动，而桥梁与桥面则在交通工具通过时必然会在垂直方向上产生垂曲和振动；水利大坝因长期受到上下游水位落差的压力，坝体必然要产生挠曲或水平位移。这些变形通常随着一年四季大气、水温的变化，以及上下游水位落差的变化，呈现出周期性变形规律。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,78,4我国开展变形监测工作的主要内容,综上所述，从变形监测的类型来看，我们可以将上述8项工作中的前4项，称为沉降观测；而把后4项（或5项）变形监测工作统称为位移观测。如果从采用的变形监测手段和方法的角度而言，我们可以把所有的变形观测方法归纳为两大类，即垂直位移观测和水平

35、位移观测。,五、我国建（构）筑物变形监测概况,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,79,1.2 变形监测的特点,精度要求是建(构)筑物变形监测中的一个重要问题。因为变形监测的结果直接关系到建（构）筑物的安全，影响对变形原因和变形规律的正确分析，和其它测量工作相比，变形监测必须具有更高的精度。对于从事变形监测工作的测量人员来说，精度要求直接关系到使用哪一等级的测量仪器，采用什么观测方法以及如何处理所获得的数据。对于变形分析人员来说，它关系到变形监测成果能否达到预期的目的，能否正确分析变形产生的原因、预测变形发展的趋势以及对可能发生的安全隐患进行评估和预报等。,2023年9

36、月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,80,一、制约变形监测质量的主要因素,工程建筑物的变形监测应能确切反映建筑物、构筑物及其场地的实际变形程度或变形趋势，并以此作为确定作业方法和检验测量成果质量的基本要求。,变形监测的结果能否达到预定的目的，受很多因素的影响，涉及到变形监测工作的各个环节。如施测方案的确定、变形监测控制网的设计、测量标志的稳定以及观测方法和测量仪器工具的选择等。其中，最基本的因素是：（1）观测点的布置；（2）观测的精度与频率；（3）观测所进行的时间。,1.2 变形监测的特点,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,81,二、变形监测的精度(精度要

37、求高）,变形监测的精度，取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，因其与观测条件和待测建（构）筑物的类型以及观测的目的相关，情况比较复杂，国内外还存在着各种不同的看法。,国际测量工作者联合会（FIG）第16届大会上（1981年，瑞士）提出的方法，即：,为了使用的目的，观测值中误差应不超过变形允许值的120110，或者是12；为了研究的目的，应为1/1001/20，或者0.2。,1.2 变形监测的特点,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,82,建(构)筑物变形监测的等级及其精度要求,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木

38、学院测量工程系,83,二、变形监测的精度(精度要求高）,例如：1.某建筑物高30米，设计人员提出的允许倾斜度i=tg=4;,H,B,建筑物顶点的允许偏移值为:,观测中误差的允许值为:,目的一的观测中误差为:,目的二的观测中误差为:,1.2 变形监测的特点,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,84,又例如：2.一般来讲，从使用的目的出发，对于连续生产的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物），通常要求观测工作能反映出1的沉降值；对于一般的厂房，没有很大的传动设备，连续性不大的车间，要求能反映出2的沉降量（观测中误差应在1以内）。而为了科学研究的目的，往往要求观测精度达0

39、.1。,二、变形监测的精度(精度要求高）,1.2 变形监测的特点,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,85,三、变形监测的频率（重复观测）,（一）因素:观测的频率取决于变形值的大小和变形速度，同时与观测目的也有关系。（二）原则:1.变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程，又不遗漏其变化的时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。2.当实际观测中发现异常情况时，则应及时相应地增加观测次数。,1.2 变形监测的特点,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,86,在荷载的影响下，基础下土层的压缩是逐渐实现的，因而基础的沉降也

40、是逐渐增加的。一般认为建筑在沙类土层上的建筑物，其沉降在施工期间将大部分完成，而建筑在粘土类土层上的基础，其沉降在施工期间只完成了一部分。,三、变形监测的频率（重复观测）,(三)下面以建筑物及其基础沉降的观测过程为例，说明确定观测频率的方法。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,87,对于沙类土层上基础的沉降过程可分为四个阶段：(1)第一阶段是在施工期间,随着基础上压力的增加，沉降速度很大，年沉降量达2070。(2)第二阶段沉降量显著变慢，年沉降量约为20。(3)第三阶段为平稳下沉阶段。其速度为每年12。(4)第四阶段沉降曲线几乎是水平的,沉降趋于停止。,三、变形监测的

41、频率（重复观测）,(三)下面以建筑物及其基础沉降的观测过程为例，说明确定观测频率的方法。,根据这种情况，在观测精度要求相同时，沉降观测的频率是变化的。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,88,2 1 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8,砂土和粘土两种土层的沉降过程线,压力 kg/cm2,时间(年),沉降量(mm),第二阶段,第一 阶段,第三阶段,第四 阶段,砂土层,粘土层,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,89,在施工过程中的观测，应随施工进度及时进行，通常观测频率应大些。一般建筑可在基础完工后或地下室

42、砌完后开始观测;大型和高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。,三、变形监测的频率（重复观测）,1.施工过程中的观测频率,观测次数与间隔时间应视地基状况与荷载增加的进度来确定。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,90,(1)根据施工进度，编制观测日历，按计划进行。一般有三天、七天、半月三种观测周期；对于民用建筑也可每加高15层观测一次，工业建筑亦可按不同的施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。(2)如建筑物均匀增高，可根据荷载增加的进度进行 从观测点埋设稳定后进行第一次观测，当荷载增加到25%时观测一次，以后每增加15%观测一

43、次。(3)施工过程中如暂时停工，要求在停工和重新开工时各观测一次。停工期间，可每隔23个月观测一次。,三、变形监测的频率（重复观测）,1.施工过程中的观测频率,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,91,建筑物竣工投产、进入使用期以后，变形监测的频率应视地基土类型和沉降速度大小而定，通常频率可小一些。一般有一个月、两个月、三个月、半年及一年等不同的周期。除有特殊要求外，一般第一年观测34次，第二年23次，以后每年观测1次，直到稳定为止。观测期限一般不少于：(1)砂土地基2年;(2)膨胀土地基3年;(3)粘土地基5年;(4)软土地基10年。,三、变形监测的频率（重复观测）,

44、2建筑物使用期间的观测频率,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,92,三、变形监测的频率（重复观测）,1.系统观测 在掌握了一定的规律或变形稳定后，可减少观测次数。这种根据日历计划和荷载增加的进度所进行的变形观测，称为系统观测。,(四)变形监测频率确定的基本方法,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,93,2.附加观测 因突发事件和自然条件发生急剧变化，而临时增加的变形观测，称为附加观测。例如:(1)基础上的负荷或附近地面荷载急剧增加或减少时；(2)外界温度急剧变化；(3)基础四周地面大量积水、长时间连续降水及地下水位发生急剧变化等。,三、变形监测

45、的频率,1.系统观测,(四)变形监测频率确定的基本方法,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,94,三、变形监测的频率,沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。对重点工程和以科研为目的 若最后三个周期观测中，每周期沉降量不大于 倍测量中误差可认为已进入稳定阶段。,（五）沉降稳定期的确定,对于一般建筑物的变形观测 若沉降速度小于0.010.04/，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,95,国内几个主要城市采用的稳定指标,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程

46、系,96,1.2 变形监测的特点,四、综合应用各种观测方法,变形观测方法一般分为4类：(1)地面测量方法：包括常规几何水准测量、三角高程测量、方向角度测量、距离测量等；(2)空间测量技术：包括卫星定位、合成孔径雷达干涉等；(3)摄影测量和地面激光扫描；(4)专门测量手段：包括激光准直、各类传感器测量和应变计测量等。上述各种方法均有其优缺点和适用场合，实际工作中一般均综合采用多种方法，取长补短，相互校核。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,97,1.2 变形监测的特点,五、数据处理要求严密,由于变形量一般较小，观测值中不仅含有偶然误差还可能有系统误差和粗差，观测可能采用

47、多种方法、在不同时间重复进行，变形预测模型存在不确定性等原因，要求数据处理必须采用更加严密的方法。,六、需要多学科知识的相互配合,变形监测工作的一般步骤和程序：方案设计监测技术数据处理变形分析安全预报 要求从事变形监测的技术人员必须能够综合运用多学科知识，包括：测绘、地球物理、工程结构、工程地质、土力学与地基基础、计算机和自动控制等。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,98,1.3 变形监测技术和方法,一、常规大地测量方法,包括精密高程测量、距离测量、角度测量和重力测量等。,二、专门测量手段和技术,包括液体静力水准测量、激光准直测量、应变测量以及倾斜、振动传感器测量等

48、。,三、空间测量技术,四、摄影测量和激光扫描技术,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,99,1.4 变形监测数据分析,变形数据分析的目的是：分析归纳建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、分析变形的原因，变形值与引起变形因素之间的关系，最好能找出它们之间的函数关系表达式，进而判断建筑物的工作情况是否正常。在积累大量观测数据后，就可以进一步找出建筑物变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以及所采用的各类经验公式等。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,100,1.4 变形监测数据分析,具体内容包括：成因分析（定性分析）成因分析是对结构本身(内因)与作

49、用在结构物上的荷载（外因），加以分析、研究，确定变形值变化的原因和规律性。统计分析(定量分析)根据成因分析的结果和其他相关影响，对实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统误差的影响，找出分布规律，从而导出变形值与引起变形的有关因素之间的函数关系。,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,101,具体内容包括：成因分析（定性分析）统计分析(定量分析),变形预报和安全判断：在变形分析的基础上，根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围、判断建筑物的安全程度。,1.4 变形监测数据分析,变形观测数据分析也可分成：几何分析和物理解释,2023年9月26日星期二,合肥工业大学土木学院测量工程系,102,本章重点内容与思考题,一、什么是工程建筑物的变形？对工程建筑物进行变形监测的意义何在？二、工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？三、变形监测的主要任务和目的？四、高层建筑的主要变形特点？五、制约变形监测质量的主要因素有哪些？六、确定变形监测精度的目的和原则？七、确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？应遵循什么原则？八、简述变形监测的主要技术和数据处理分析的主要内容。,