变形监测技术与应用9章
变形监测
变形监测探讨摘要：人类社会的进步，国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。
与此同时，变形监测工作的意义更加重要。
众所周知，工程建筑物在施工和运营期间，由于受多种主客观因素的影响，会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给人民生命财产带来巨大损失。
尽管工程建筑物在设计时采用了一定的安全系数，使其能安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全准确的估计，施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。
根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分为三类：第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率的变化、地潮等；第二类：区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等；第三类：工程和局部形变研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。
变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。
变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。
自然界的变形危害现象时刻都在我们周边发生着，如地震、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。
所谓变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。
其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。
变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。
变形监测的相关事例1984年长江三峡地区发生了一次大滑坡，由于该地区进行了广泛的变形测量，对可能发生的滑坡做了正确的预报，使滑坡体上1100多位居民在滑坡滑动前一种进行搬离，避免了一场灾难的发生。
利用地球物理大地测量反演理论，于1993年准确预测了1996年发生的丽江大地震；1985年6月12日长江三峡新滩滑坡的成功预报，使得灾害损失减少到最低程度，被誉为我国滑坡预报研究史上罕见的奇迹；隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪错峰中所发挥的巨大作用，确保了安全渡汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。
大坝坝体变形监测的技术方法与应用
大坝坝体变形监测的技术方法与应用摘要：面对溃坝事件带来的巨大损失，人们深刻的认识到大坝的安全监测的重要性。
采用监测技术对大坝坝体进行变形监测，测出大坝上各点的位置变化，才能分析大坝安全运行状态，并建立大坝的变形预测模型，实现大坝变形的定量预测。
只有这样，才能及时发现大坝的异常变化，对其安全性能做出准确的判断，然后采取必要措施，防止事故的发生。
关键词：大坝变形监测；位移量；监测点；近年来，随着我国水利工程建设的快速发展，如何保证水电站施工质量的安全运行已经引起了各大水电站的广泛关注。
在水电站的建设中，大坝的变形监测在水利工程安全监测中尤为重要。
一、大坝变形监测的主要技术1.视准线法，通过视准线或经纬仪建立一个平行或通过坝轴线的铅直平面作为基准面，定期观测坝上测点与基准面之间偏离值的大小，即为该点的水平位移，适用于直线形混凝土闸坝顶部和土石坝坝面的水平位移观测。
当采用这一方法时，主要要求它们的端点稳定，所以必须要作适当的布置，只能定期地测定端点的位移值，而将观测值加以改正。
视准线观测方法具有速度快、精度较高、原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点，在水平位移观测中得到了广泛应用。
不足的是对较长的视准线而言，由于视线长，使照准误差增大，甚至可能造成成照困难。
当视准线太长时，目标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响。
2.引张线法。
利用张紧在两工作基点之间的不锈钢丝作为基准线，测量沿线测点和钢丝之间的相对位移，以确定该点的水平位移，适用于大型直线形混凝土的廊道内测点的水平位移观测，主要用于测定混凝土建筑物垂直于轴线方向的（顺水流方向）水平位移。
3.激光准直法。
利用激光束代替视线进行照准的准直方法，使用的仪器有激光准直仪、波带板激光准直系统和真空管道激光准直系统等，适用于大型直线形混凝土坝观测。
对于布设在直线型的土石坝或混凝土坝顶上观测点的水平位移，主要是采用视准线法和激光准直方法观测。
变形监测技术与应用
1.什么是变形? .什么是变形监测?变形监测的目的是什么?变形监测的意义? 变形监测的主要内容有哪些?答：变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。
变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。
目的：1、分析和评价建筑物的安全状态。
2、验证设计参数。
3、反馈设计施工质量。
4、研究正常的变形规律和预报变形的方法。
意义：1、对于机械技术设备：则保证设备安全、可靠、高效地运行：为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据。
2、对于滑坡：通过监测其随时间的的变化过程：可进一步研究引起滑坡的成因：预报大的滑坡灾害。
3、通过对矿山由于矿藏开挖引起的实际变形的观测：可以控制开挖量和加固等方法：避免危险性变形的发生：同时可以改进变形预报模型。
4、在地壳构造运动监测方面：主要是大地测量学的任务。
但对于近期地壳垂直和水平运动等地球动力学现象、粒子加速器、铁路工程也具有重要的工程意义。
内容：现场巡视、环境量监测、位移监测、渗流监测、应力、应变监测、周边监测。
2.变形监测技术的发展趋势。
答：由于变形监测的特殊要求：一般不允许监测系统中断监测：就要求监测系统能精确、安全、可靠长期而又实时地采集数据：而传统的设备难以满足要求：因此：科研人员在现有自动化监测技术的基础上：有针对性的研发精度高、稳定性好自动化监测仪器和设备。
这方面成果有：自动化监测技术、光纤传感检测技术、CT技术的应用、GPS 在变形监测中应用、激光技术的应用、测量机器人技术、渗流热监测技术、安全监控专家系统3. 变形监测工作有何特点：常用变形监测技术方法有哪些?答：特点：1、周期性重复观测2、精度要求高3、多种观测技术的综合运用4、监测网着重于研究点位的变化。
测量技术：1、常规大地测量方法。
如：三角测量、交会测量、水准测量。
2、专门的测量方法。
如：视准线、引张线测量方法。
3、自动化监测方法。
4、摄影测量方法。
5、GPS等新技术的应用。
变形监测试题
变形监测试题
2012—2013学年第2学期研究生课程“变形监测与分析”
试题（开卷）
将下列题目抄写在答题纸上并作答
1． 简述目前建筑物基坑变形与沉降监测的技术方法。
（15分）
2． 简述D-INSAR 技术用于沉降监测的数据处理流程及目前存在的局限性。
（15分）
3. 简述煤矿地表移动观测站设计的基本原则、观测方法及数据处理与分析方法。
（15分）
4.简述工程变形监测的特点与技术要求。
（15分）
5.举例说明GPS 技术在变形监测中的应用。
（15分）
6.某近水平煤层采用走向长壁法开采，冒落法管理顶板。
开采厚度4.0m ，开采宽度120m ，走向方向已达到超充分采动，采深H=200m 。
已知概率积分法预计参数为下沉系数0.70，主要影响角正切=βtan 2.0，拐点偏移距H S 05.0=。
试用概率积分法预计（1）地表移动盆地倾向主断面上的下沉量并绘出下沉曲线，并分析其下沉特征。
（2）绘出地表倾向主断面的倾斜和曲率曲线（15分）
7.结合课程内容及本人感兴趣的研究领域自列一个题目，介绍该研究方向的国内外现状与发展趋势。
（10分）。
《变形监测实训》任务与指导书
数据采样间隔（s）
静态
10—30 10—30 10—30 10—30 10—30
PDOP 值
静态
<6
<6
<6
<8
<8
c、实训任务
选用 GPS 实训控制网中的 G1、G2 点，与校内监测项目附近的四个强制对中墩进行联测，
并进行数据处理、平差，计算出对中墩的三维坐标。
2、沉降监测网建立
a、建立方式
采用二等水准测量的方式，将观测项目附近的工作基点与固定（永久性）水准点进
视线长度
实现高度
等级
前后
前后
视线
视线
仪器
视距 视距差 视距累计 长度 20m 长度 20m
等级
差
以上
以下
一等
DS1
<=50
<=1.0
<=3.0
>=0.5
>=0.3
二等
DS1
<=60
<=2.0
<=4.0
水准测量测站观测限差（mm）
>=0.4
>=0.3
等级
上下丝读数平均值 与中丝读数之差
基、辅分划 读数之差
而损伤仪器。 3、自箱内取出仪器时的注意事项 1)不论何种仪器，在取出前一定要先放松制动螺旋，以免取出仪器时因强行扭转而损坏制、微动装置，
甚至损坏轴系。 2)自箱内取出仪器时，应一手握住照准部支架，另一手扶住基座部分，轻拿轻放，不要用一只手抓仪
器。 3)自箱内取出仪器后，要随即将仪器箱盖好，以免沙土、杂草等不洁之物进入箱内。还要防止搬动仪
往 返测各 一次
附 合或环
线
往 返测各 一次
如何进行变形监测技术的应用
如何进行变形监测技术的应用引言：随着科技的不断发展，变形监测技术在各行各业中得到了广泛的应用。
这项技术能够帮助我们精确地测量和分析物体的变形情况，从而确保结构的稳定性和安全性。
本文将探讨如何进行变形监测技术的应用，包括其基本原理和常见的应用领域。
一、变形监测技术的基本原理变形监测技术主要通过感知和测量物体的尺寸、形状和位置的变化来进行变形监测。
这项技术利用传感器或设备将数据实时采集，并通过数据处理和分析得出结果。
基本原理包括以下几个方面：1.1 变形测量手段变形监测技术可以使用多种测量手段，如全站仪、GPS、激光扫描等。
全站仪可以通过角度和距离的测量，准确地确定物体的位置和形态。
GPS则通过卫星定位系统获取全球范围内的位置信息，适用于大范围的变形监测。
激光扫描可以非接触地获取物体表面的三维坐标，适用于复杂形状的变形监测。
1.2 数据采集与处理变形监测技术需要将传感器获取的数据进行实时采集，并进行必要的处理。
采集的数据可以包括位移、应变、角度等信息。
数据处理则包括滤波、去噪、数据对齐等步骤，以获取准确的变形信息。
1.3 结果分析与展示通过数据处理和分析，可以得到变形监测的结果。
这些结果可以通过图表、曲线等形式展示，直观地反映物体的变形情况。
同时，还可以与历史数据进行比较，以便及时发现和预测潜在的问题。
二、变形监测技术的应用领域变形监测技术在许多领域都有重要的应用价值。
下面将介绍几个常见的应用领域，并探讨其应用方法和意义。
2.1 建筑结构监测在建筑工程中，变形监测技术能够及时发现结构的变形和位移，确保建筑的稳定性和安全性。
通过对关键部位的变形监测，可以预测和检测龟裂、风险隐患等问题。
同时，还可以提供设计和施工的依据，以确保结构的正常使用寿命和维护工作的有效性。
2.2 地质灾害监测地质灾害如滑坡、地震等对人们的生命和财产安全构成威胁。
变形监测技术可以帮助我们及时获得地质体的变形信息，准确评估灾害风险。
边坡工程监测PPT课件
.
7
边坡工程施工监测的内容
序号 监测内容
第 21 节
地表位移、裂 缝
监2 测 内3 容4 与 方5 法
地下位移、裂 缝
地声 应变 地下水位 孔隙水压力 河、库水位 泉流量 降雨量
6
地温
地震
2020/12/29
监测方法 前方交会法、视准线法、水准法、
测距三角高程法等 近景摄影测量法 测缝法 GPS法 测斜法 沉降法 重锤法 测缝法 量测法 应变计量测法 水位自记仪法 压力计量测法 量测法 量测法 雨量计法 记录仪法 地震仪法
监 优点，适用于边坡变形的中、长期监测。 测 •电测法一般采用二次仪表监测，将电子元件制作的传感 内 器埋设于边坡变形部位，通过电子仪表测读，并将电信 容 号转换成测读数据。 与 •电测法技术先进，仪表灵敏度高，监测内容广，但受环 方 境的影响较大，因此，在选用电测仪表时要结合具体的 法 监测环境，保证监测仪表的长期稳定性和监测成果的可
.
监测仪器和仪表 经纬仪、水准仪、全站仪、自动全站仪等
陆摄经纬仪等 游标卡尺、测缝仪、伸缩自记仪等
GPS接收机等 测斜仪、多点倒锤仪、倾斜计等
下沉仪、收敛仪、水准仪等 重锤、坐标仪、水平位错计等 三向测缝仪、位移计、伸长仪等
声发射仪、地震仪等 管式应变计、位移计、滑动测微计等
地下水位自记仪等 孔隙水压力计等 水位标尺等 三角堰、量杯等
•GPS已经在许多重要工程的变形监测中得到应用
2020/12/29
.
12
仪表监测法（1）
•采用精密仪表监测边坡地表及深层的位移、沉降及倾斜、
第 裂缝相对变化、地声、应力应变和环境因素等。 2 •按采用的仪表可分为机械式仪表监测法（简称机测法） 节 和电子仪表监测法（简称电测法），两种方法都具有仪
工程测量监理中的变形监测技术和应用
工程测量监理中的变形监测技术和应用变形监测技术在工程测量监理中的应用引言：工程测量监理在工程施工过程中起着重要作用，其目的是确保工程质量和施工安全。
变形监测技术作为工程测量监理的一项重要内容，可以对工程结构或地表的形变进行实时监测和分析，从而及时发现并处理潜在的安全隐患。
本文将围绕着工程测量监理中的变形监测技术及其应用展开阐述。
一、变形监测技术的概述1. 变形监测的定义变形监测是指对工程结构或地表形变的实时监测和分析，以评估结构或地表的稳定性和安全性。
2. 变形监测的分类变形监测可分为两种基本类型：静态测量和动态测量。
静态测量主要应用于对工程结构整体的形变进行测量，如建筑物、桥梁等；而动态测量主要用于对工程结构振动、地震等自然和人为因素引起的变形进行监测。
3. 常用的变形监测技术常见的变形监测技术包括全站仪监测、GPS监测、倾斜仪监测、导线测量、振动测量、镜面变形测量等。
二、变形监测技术在工程测量监理中的应用1. 变形监测技术对工程质量的保障变形监测技术在工程测量监理中的应用可以及时发现并处理工程结构的变形问题，保障工程质量。
例如，在地铁隧道施工中，通过全站仪对隧道内的变形进行监测，及时发现隧道的沉降问题，并采取相应的措施进行修复，保障施工过程的稳定性。
2. 变形监测技术对施工安全的影响变形监测技术在工程测量监理中的应用可以提前发现施工过程中的安全隐患，避免事故的发生。
例如，在高楼施工中，通过倾斜仪实时监测建筑物的倾斜情况，一旦倾斜超过安全范围，及时采取措施维护建筑物的稳定性，避免施工事故的发生。
3. 变形监测技术在工程管理中的作用变形监测技术在工程测量监理中的应用可以提供数据支持，帮助工程管理团队进行决策。
例如，在桥梁施工中，通过GPS监测桥梁的变形情况，可以及时了解桥梁的稳定性，提供数据支持给工程管理团队，协助其制定合理的施工计划和控制措施。
4. 变形监测技术对工程验收的影响变形监测技术在工程测量监理中的应用可以提供客观、科学的数据依据，为工程验收提供支持。
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础 仪器、固定时间、固定路线。
沉 降
?观测点要与基准点之间构成闭合、附合路线，尽量
监 避免支线观测。观测中会有各种情况发生，应在观测
测 的同时记录，比如施工进度、天气情况、气象条件等，
以便后续分析使用。
20
沉降观测网
第 2节 建 筑 物 基 础 沉 降 监 测
沉 多余观测值。
降
监
测
19
各周期观测
?随着施工进度的进行，每隔一定的时间观测一次沉
降观测点的沉降情况。
第 2节
?从基础开始初次观测，每增加一层或设定层数观测 一次，直至竣工。竣工后运营期间也要每隔三个月、
建 半年、一年进行观测，直至稳定。当遇有暴雨、地震
筑 物 基
等特殊情况后，应对建筑物增加观测次数。 ?各周期观测纲要应尽量保持一致，固定人员、固定
基 础
⑥ 沉降量计算与分析；
沉
⑦ 沉降量报表；
降 监
⑧ 沉降过程曲线绘制；
测
⑨ 沉降观测报告编写。
10
技术设计
?根据工程项目的性质、结构特点、规模大小、质
量精度要求等，研究沉降观测方案和规划观测作
第 2节
业、选择测量仪器设备、组成测量队伍。 ?按《建筑物沉降观测规范》规定，一般建筑物应
建 反应1mm的沉降量，这就要求观测精度要高于
第九章 工业与民用建筑物变形监测
变 形 监 测 与 数 据 处 理
1
主要内容
第
九
章
工
?概述
Hale Waihona Puke 业 与?建筑基础沉降监测
民
?建筑物倾斜监测
用 建
?工程实例
筑
物
变
形
监
测
2
第九章 工业与民用建筑物变形监测
变
形
监
测
§1 概述
与
数
据
处
理
3
位移与倾斜（1）
?土壤地基上的建筑物，在内力与外力的作用
第 下，无论是在水平方向还是垂直方向都会发生 1节 变形。
定限度时，会影响建筑物本身的安全以及人民生
第 1节
命财产的安全。 ?有目的地对施工和运营期间的建筑物进行定期的
概 变形观测非常重要。 述 ?研究建筑物的位移具有非常重要的意义，因为在
计算建筑物的地基时要考虑其极限变形。
?在计算过程中要确定倾斜的沉降和水平位移以及
其它变形的大小，这些数值要与一些极值进行比
?在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平
概 述
位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂
直位移叫做建筑物的沉降。
?由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂
直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。
?倾斜伴随着建筑物上部的水平位移，并且随
着高度的增加，水平位移量增大。
4
监测意义
?无论水平位移、倾斜还是沉降，当变形值超过一
2节 一定的距离且稳定，不受其它外力影响、便于
保存的位置。
建 筑
?基准点数应不少于3～4个，以便于基准点保
物 护、恢复和稳定性分析。
基 础
?基准点的标志采用混凝土桩，或钢管加筋桩。
沉 降
对于高层建筑物或大型建筑物，基准点应钻孔
监 至基岩。
测
13
沉降观测点位布置图
工作基准点
第
2
节
固定基准点
建
筑
物
建筑物
较，这些极限值是保证建筑物整体或局部的正常
使用条件以及保证一定寿命的一些数字指标。
5
监测内容
?对于工业与民用建筑物，主要进行沉
第 1节
降、倾斜和裂缝观测，即静态变形观 测；
概 述
?对于高层建筑物，还要进行震动观测，
即动态观测；
?对于大量地抽取地下水及进行地下采
矿的地区，则应进行地表沉降观测。
6
主要观测项目
第 合适直接关系到变形观测能否成功。 2节 ?根据工程项目的不同，一般要求基准点绝对
建 稳定，有时也可以要求基准点相对稳定。
筑 ?要达到基准点稳定的要求，有两种选择：一
物 基
是远离建筑物，二是深埋。
础
沉
降
监
测
12
基准点的布设（2）
?基准点可分为两级，固定基准和工作基准。
第 ?固定基准点应布设在距离需要观测的建筑物
第 2节
?观测点应埋设在最能反映建筑物沉降的位置，如 四角点、中点、较大转角处、沉降缝、抗震缝，
建 构造柱，荷载或层数变化处，地基薄弱处等，还
筑 物
要考虑点位具有一定的密度，如每隔15～20m布
基 设一点。
础 沉
?标志要与结构体牢固结合，同时具有一定的深度。
降 监 测
?埋设标志时应结合施工图纸，使其既便于立尺观 测，又便于保护，同时不会被后续施工所掩埋。
荷重不断增加，基础产生下沉；竣工后，在运
础 营阶段，往往持续若干年，沉降现象方能停止。
沉 降
?沉降观测应从基础施工开始，直至运营后沉
监 测
降稳定为止。
9
主要工作
① 沉降观测方案研究与技术设计；
第 2节
② 沉降观测仪器检验； ③ 沉降观测点位布设；
建
④ 沉降观测数据采集；
筑 物
⑤ 沉降观测数据处理；
筑 物
±1mm，一般按二等水准测量技术规定执行。对
基 于研究性的观测，应采用一等水准测量技术指标。
础 沉
?根据规范的要求，一般应采用S1级精密水准仪。
降 对于非重要建筑或沉降量较大地区的沉降观测、
监 测
高速公路等，也可以采用三等水准测量技术指标
实施观测。
11
基准点的布设（1）
?基准点是变形观测的基础，基准点布设是否
基础沉降
第 观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、倾斜、
1节
弯曲、沉降速率等。
水平位移
概 述
单点水平位移、位移速率、挠度等。
滑坡监测
对工程周围可能产生滑坡的部位实行定期监测。
裂缝监测
对建筑物上产生的裂缝进行宽度、深度、错开等监
测。
内部监测
对建筑物基础进行应力 /应变监测、温度监测、地下
水位监测。
7
17
沉降观测点标志
第 2节 建 筑 物 基 础 沉 降 监 测
18
基准网观测
?待基准点埋设完成并达到一定强度后，按沉
第 2节
降观测设计方案对基准网实施首次测量。 ?采用二等或一等水准测量进行观测，视距长
建 度要小于相应等级，严格保证视距差在规定
筑 物
范围内。
基 础
?基准点间应构成闭合环，并具备一定数量的
第九章 工业与民用建筑物变形监测
变 形 监
测 §2 建筑基础沉降监测
与 数 据 处 理
8
定义
?对建筑物基础的沉降观测，就是定期地测定
第 建筑物基础在垂直方向上的位移，故亦称建筑 2节 物基础垂直位移观测。
建 筑
?在施工初期，基础开挖，地表荷重卸出，基 底产生回弹现象；基础完工后，随着施工进展，
物 基
基
础
沉
降
监
测
14
沉降观测基准点
第 2节
建
筑
物
(a) 钢管加筋基准点
基
础
沉
降
监
测
(c) 路边基准点
(b) 基岩上基准点
(d) 路边基准点
15
钢管加筋基准点
第 2节
建
筑
物
基
础
沉
降 监
(a)
测
(b)
(c)
16
观测点布设
?沉降观测点布设位置由测量单位、设计单位、甲
方监理共同确定，由施工单位配合实施埋设。