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
本次课主要内容
第一讲 概述
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
变形监测技术的现状
•环境量监测 环境量监测一般包括气温、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。
混凝土大坝变形监测的精度
项 坝 体 水平位移 坝 基 目 重 力 坝 拱 坝 径向 切向 径向 切向 位移中误差限值 ±1.0mm ±2.0mm ±1.0mm
重 力 坝
拱 坝
±0.3mm
±1.0mm ±0.5mm ±1.0mm ±0.3mm ±5.0″ ±1.0″
坝体、坝基垂直位移 坝体、坝基挠度 倾斜 坝 坝 体 基
就相临两期观测而言，应满足： t v
2m0 ，
v 是变形发展速率
从而得到： t
2m v
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
说明：
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。 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。
水库蓄水后 (2～3年)
3～6个月 半个月 1季度 1季度
正常运营
半年 1个月 6～12个月 半年
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。
着重于研究点位的变化
变形测量工作主要关心的是变形体的变形，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
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 1/10 ～1/ 20 之间，甚至要求最高的测量精 度。
坝体表面接缝与裂缝
水 平 位 移 近坝区岩体 垂直位移 坝 下 游
±0.2mm
±2.0mm ±1.5mm
库
区
±2.0mm
±0.3～3.0mm ±3.0mm ±1.0mm
水平位移 滑坡体和高边坡 垂直位移 裂 缝
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。
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，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：
1
h
A 沉降测量简例
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
B A C
1
h
4.变形测量的基本原理
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。
s1 1 h 2
L
s2
由 h [1] 、 h [ 2 ] 得倾斜变化量
建筑变形测量的等级及其精度要求
位移观 测 观测点 坐标中 误差 (mm) ≤0.3 ≤1.0 ≤3.0 ≤10.0 适 用 范 围
特级 一级 二级 三级
特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变 形测量 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形测量 中等精度要求的建筑物和科研项目变形测量；重 要建筑物主体倾斜测量、场地滑坡监测 低精度要求的建筑物变形测量；一般建筑物主体 倾斜测量、场地滑坡监测
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 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。
2 2
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。
h
由两期高差 [ 2] [1]
H 1[1] H A h [1] 、 H 1[ 2 ] H A h [ 2 ]
可得目标点1沉降量 s1 H 1 H 1 h
[1]
h[ 2]
沉降测量简例
及其精度 m s1 m h[1] m h[ 2 ] 2m h
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。
6.变形测量的周期
大坝变形测量观测周期
变形种类
混凝 土坝 土石 坝 沉降 相对水平位移 绝对水平位移 沉降、水平位移
水库蓄水 前
1个月 半个月 0.5～1个月 1季度
水库蓄 水
1个月 1周 1季度 1个月
s1 s2 h h 12 L L
[1]
[ 2]
B
A C 倾斜观测示例
5.变形测量的精度
国际测量师联合会（FIG）1971年第13次大会上，变形 测量小组提出：“如果变形测量是为了确保建筑物的安全、 使变形值不超过某一允许的数值，则其观测值的误差应小于
1 1 变形允许值的 ；如果是为了研究变形的过程，则其 10 20
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。 工程变形测量以工程和局部性变形为研究重点。
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
1.变形测量的基本概念
变形测量（deformation survey /measurement） ：
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； 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
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。
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。
4.变形测量的基本原理
1
变形测量的基本方法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。
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： 几何水准、三角高程、液体静力水准等；
水平位移监测的常用方法：
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
7.变形测量的研究现状及进展
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。