(17)《工程测量学》第9章 变形测量概述
变形测量概述
为获取物体变形信息而进行的测量工作。 用测量的手段研究物体的变形。 手段之一，且不可替代。 上述的物体，即研究对象，称为变形体
变形测量概述 变形体的分类
全球性的 区域性的 局部性的 全球性的变形测量 任务 地极移动、自转速度变化、地壳板块 分析与地球内部物质分布变化的关系。
方法： 空间测量技术（甚长基线测量、卫星激光 测距、GPS） 区域性的变形测量 任务 :地壳板块范围内的变形状态、板块的相对运动 方法 ：①②GPS高精度网；③跨断层的固 定的连续测量
变形测量概述
名 词 解 释
变形分析：根据变形观测资料，通过计算确定变形的大小 和方向，分析变形值与变形因素的关系，找出变形规律和 原因，判断变形的影响，并作出变形预报等工作的总称。 （GB/T 5022896,7.3.26，《工程测量基本术语标准》，北京： 中国计划出版社） 变形灵敏度：在一定置信水平和检验功效下，测量系统可 发现的最小变形值，反映系统发现变形的能力。
变形测量概述 变形测量的意义:
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，以便及时发现问题和采取应对措施。 · 1975年8月驻马店板桥水库溃坝，世界最大的溃坝灾难. 在世界历史上十大“人为技术错误造成的灾害”名列第 一 科研：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。
变形测量概述
变形测量的研究现状及进展
基于数理知识下的变形监测与分析理论 （一）变形监测系统的设计 （二）变形数据处理及分析方法： 变形的时空特性分析及建模方法 变形物理解释的进展
变形测量概述
小 结
称谓 变形观测、变形监测、变形测量、精密工程测量 变形测量概念 为获取物体变形信息而进行的测量工作。 变形体的分类 全球性的、区域性的、局部性的 物体变形形式及其分类 绝对变形、相对变形… 变形测量的任务 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。 科学意义 工程意义 变形测量的意义 变形测量原理 重复测量 变形灵敏度
变形测量
09测绘任启飞2009210452建筑物变形监测1工程背景2. 坐标系统依据收集到的现有资料及技术设计的要求，平面控制网的起算数据为SBY02，SBY05，SBY09，垂直位移监测的起算数据为SBY01，SBY05.因此变形监测利用的基准和系统为：(1).1954 年北京平面坐标系(2).高斯－克吕格投影3°带(3).中央子午线111° (4).1956 年吴淞高程系3 3.1 建筑物变形观测与动态位移监测变形概述建筑物在工程建设和使用过程中，由于基础的地质结构不均匀，土壤的物理性质不同，土基的塑性变形，地下水位的变化，大气温度的变化，建筑物本身的荷重（如风力，震动等）的作用，会导致工程建筑物随时间的推移发生沉降，位移，扰曲，倾斜及裂缝等现象。
这些现象统称为变形。
工程建筑物的变形，按其类型可以分为：静态变形和动态变形.静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一时期内的变形值，也就是说，它只是时间的函数；动态变形是指在外力影响下而产生的变形，故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一时刻的瞬时变形.变形按时间长短可分为：长周期变形（建筑物自重引起的沉降和变形），短周期变形（温度变化引起的变形）。
按研究的范围可以分为：全局性变形，区域性变形，局域性变形。
按成因可以分为：人工干预变形，自然原因变形，综合原因变形。
3.2 变形观测概述 3.2.1.变形观测所谓变形观测，是用测量仪器或者专用仪器测定建筑物及地基建筑物在荷载和外力作用下随时间变形的工作.通过变形观测，可以检查、各种工程建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题，确保质量和使用安全；更好的了解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的预报变形的理论和方法；以及对某种新结构，新材料，新工艺的性能做出科学的客观的评价。
变形观测属于安全监测。
变形观测有内部观测和外部观测两方面。
测量学(第五版)第9章 建筑工程测量
72
32
§9-4 建筑施工测量
(一).建筑物的定 位
一、建筑物轴县测设
（一）民用房屋墙轴线测设
城市规划道路红线是城市规划部门测设的城市规划道路
用地和单位用地的界址线，新建筑物的设计位置与红线
的关系应得到规划
部门的批准。因此，
靠近道路的建筑物 轴线放样应根据规
设计民用房屋
划道路的红线点来
测设。
极坐标法测设
型号 DZJ200 PD3 WILD NZL WILD NL WILD ZL
铅垂线精度 1/40000 1/40000 1/30000 1/200000 1/200000
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PD3铅垂仪及内部光学结构
铅垂仪
1.上目镜 2.下目镜 3.水准管 4.上物镜 5.上物镜调焦螺旋 6.下物镜调焦螺旋 7.脚螺旋 8.底板 9.上调焦透镜 10.上直角 棱镜 11.下直角棱镜 12.下调焦透镜 13.下物镜；14.连接螺旋 孔及向下瞄准孔
b2 a2 (a1 b1) hAB
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16
五、坡度线测设
在铺设管道、修筑路面等工程中，需要测设设计的坡度线，
采用的仪器为水准仪或经纬仪。设A点桩顶高程为HA，A、B两 点间的平距为D，两点间的设计坡度为i，则B点的设计高程为： HB＝HA + i×D，按坡度测设B点的高程。
置水准仪(或经纬仪)于A点，把仪器的一个脚螺旋放 在AB方向上,量取仪器高h；瞄准竖立在B点的水准尺,转 动AB方向上的脚螺旋,使横丝在尺上 的读数为h,此时仪器
第十一章
《测量学》
第九章
建筑工程测量
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1
第九章 建筑工程测量
内容提要： ◆建筑工程测量概述 ◆施工测量的基本工作 ◆建筑施工控制测量 ◆建筑施工测量 ◆建筑工程变形测量
第九章变形观测及竣工测量
量点，测量点可分为控制点和观测点（变 形点），埋设相应的标石，建立高程网和 平面网，亦可建立三维网。高程测量亦采 用测区原有的高程系统，平面测量可采用 独立坐标系统。
河南第建九章筑变职形业观测技及术竣学工院测量
• 2.变形观测
• 按照确定的观测周期与总次数，对观测网进行观 测。变形观测的周期，应以能系统反映所测变形 的变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则。
第二节 高程控制与沉降观测
• 随着建筑物修建，建筑物的基础和地基所承受的 荷载不断增加，从而引起基础及其四周地层变形， 而建筑物本身因基础变形及外部荷载与内部应力 的作用，也要发生沉降。这种沉降在一定范围内， 可视为正常现象，但超过某一限度就会影响建筑 物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。
• 为了建筑物的安全使用，研究变形的原因和规律， 为建筑物的设计、施工、管理和科学研究提供可 靠的资料，在建筑物的施工和运行管理期间需要 进行建筑物的沉降观测。
注：1 观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量 相邻观测点相对高差中误差； 2 观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、坐 标底差部中定误点差的以水及平等位价移的分观量测中点误河相差南第对。建九章基筑变准职形线业观测的技及偏术竣差学工值院测量中误差、建筑物（或构件）相对
• 因此，在建筑物的施工和运营期间，必须对 它进行变形观测。
• 一、 建筑物产生变形的原因
• 建筑物变形主要是由两方面的原因引起的。
河南第建九章筑变职形业观测技及术竣学工院测量
• 1．客观原因 • 自然条件及其变化，即建筑物地基地质构造
的差别； • 土壤的物理性质的差别； • 大气温度； • 地下水位的升降及其对基础的侵蚀； • 土基的塑性变形； • 附近新建工程对地基的扰动； • 建筑结构与型式，建筑荷载； • 运转过程中的风力，振动等荷载的作用。
变形测量
变形测量１７．１一般规定１７．１．１变形测量应包括在工程施工和运营阶段自身建筑物、工程沿线变形区内地表建筑物、道路以及地下建筑物、地下管线设施等的变形测量。
１７．１．２变形测量应包括如下内容：１施工阶段支护、结构工程的变形测量。
２施工阶段沿线环境的变形测量。
３运营阶段线路、结构和环境的变形测量。
１７．１．３应根据地层岩土条件、埋深和结构特点、支护类型、开挖方式以及环境状况等因素统一制定变形测量方案，并按工程需要适时开展变形测量工作。
１７．１．４应根据变形体的特点，作业环境和观测精度要求可选择大地测量和近景摄影测量等方法，也可选择位移计、收敛计、测斜仪、沉降仪等物理仪器进行变形测量。
１７．１．５应按下列要求建立变形监测控制网：１水平位移监测控制网的布设应符合下列要求：１）水平位移监测控制网的布设独立控制网；２）水平位移监测控制网可采用三角网、导线网、边角网和视准轴线等形式，当采用视准轴线控制时，轴线上必须设立检核点；３）水平位移监测控制网中的控制点应埋设在变形区外，按变形测量精度要求可建造具有强制对中器的观测墩，亦可采用对中误差小于０．５ｍｍ的光学对中装置。
在变形观测中应定期对其稳定性进行检测。
２垂直位移监测控制网的布设应符合下列要求：１）垂直位移监测控制网宜采用地下铁道、轻轨交通工程高程系统；２）垂直位移监测控制网可布设成闭合、附合或结点水准路线等形式；３）垂直位移监测控制网高程控制点不应少于３个，控制点可按本规范附录Ｂ图Ｂ．０．１、图Ｂ．０．２、图Ｂ．０．３埋设在变形区外的露头基岩、密实的砂卵石层或原状土层中，也可埋设在稳固建筑物的墙上。
受条件限制时，在变形区内也可按本规范附录Ｌ图Ｌ．０．１埋设在地铁变形影响深度以下的深层金属管高程控制点。
在变形观测中应定期对高程控制点进行检测。
１７．１．６可按本规范附录Ｌ图Ｌ．０．２在变形体上能反出变形特征的部位埋设变形观测点。
变形观测点应埋设牢固并易于识别。
(17)《工程测量学》第9章-变形测量概述
9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
溃坝
9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
苏州虎丘斜塔
比萨斜塔
9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
城市下面、工业设施和交通干线下面、水体（河流、 湖泊、海洋）下面采矿（称为三下采矿），对变形监测 都提出了更高的要求。
采煤沉陷区
9.1 变形测量的意义、目的和内容
二、变形测量的目的 总的说来，变形监测的目的是要获得变形体(大到整个 地球，小到一个工程建筑物)变形的空间状态和时间特性， 同时还要解释变形的原因。
对于前一个目的，相应的变形监测数据处理任务称 为变形的几何分析，对于后一个目的，相应的任务称为 变形的物理解释。
9.1 变形测量的意义、目的和内容
三、变形监测的分类，按其研究范围： 全球性的变形监测主要是研究地极移动，地球旋转速 度的变化以及地壳板块的运动。一般从定期复测国家控 制网的资料获得。 区域性的变形监测，用以研究地壳板块范围内变形状 态和板块交界处地壳相对运动。一般要建立专用监测网。 局部性的变形监测主要是研究工程建筑物的沉陷、水 平位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动以及采矿、采油和 抽地下水等人为因素造成的局部地面变形。
9.1 变形测量的意义、目的和内容
三、变形监测的分类，从其时间特性来分
运动式变形包括地壳应变的积累、地质构造断层两边 相对错动、建筑物或地表下沉等。
这种形式的变形，总趋势是朝一个方向。
动态式变形是指高层建筑物的摆动、桥梁在动荷载作 用下的振动等等。
这种形式的变形呈周期性，监测的结果获得变形的幅 度和周期的信息。
一、常规的大地测量方法 精密高程测量、精密距离测量、角度测量、重力测量
变形测量的名词解释
变形测量的名词解释变形测量（Deformation Measurement）是一种用于测量物体形状、大小和变形程度的技术。
它是应用于世界各个领域的一项关键技术，包括工程、建筑、地质、环境科学等。
一、变形测量的原理和方法变形测量的原理基于物体在受力或环境变化下产生的形状变化。
通过测量变形前后物体的形状差异，可以得出物体变形的大小和方向。
不同的变形测量方法适用于不同尺度和用途的物体。
1. 光学法光学法是应用广泛的变形测量方法之一。
它利用光的传播特性，通过测量光线在物体表面的反射、折射或干涉，可以获得物体的形状信息。
常见的光学测量方法包括投影仪法、激光扫描法和立体视觉法。
投影仪法通过投射光线形成图案，然后通过摄像机或传感器捕捉图案在物体表面的形状，从而测量物体的变形情况。
激光扫描法则是通过激光与物体表面的相互作用，利用三角测量原理计算物体表面上各点的坐标，从而得出物体的形状。
立体视觉法则利用多个摄像机或图像传感器以不同角度捕捉物体的图像，并通过图像处理技术恢复物体的三维形状。
2. 电子测量法电子测量法主要利用电子元件或传感器测量物体的变形。
例如，应变计是一种常用的电子测量仪器，它通过测量物体在受力下的应变情况，进而计算出物体的变形。
此外，电阻应变计、应力传感器、位移传感器等也是常用的电子测量设备。
3. 高精度测量法对于要求更高精度的变形测量，还可以采用激光干涉法、激光干涉测量系统或全局导航定位系统等高精度测量技术。
这些技术通常需要更复杂的仪器设备和数据分析方法。
二、变形测量的应用领域变形测量在工程和科学研究中具有广泛的应用。
1. 建筑工程在建筑工程中，变形测量可以帮助检测和监测建筑物的变形情况，确保建筑物的结构和安全性。
例如，在高楼大厦的建设过程中，可以通过变形测量监测建筑物的形状变化，以及地基和地下管道的变形情况。
这些数据可以用于及时调整施工方案，避免潜在的安全风险。
2. 地理勘探在地质和地理勘探中，变形测量可以用于监测地壳运动、地表沉降和地下水位变化。
测量教案9章变形测量
3) 控制网复测周期应根据测量目的和点位稳定情况确定 一般宜每半年复测一次。 施工中应适当缩短观测时间间隔， 点位稳定后可适当延长观测时间间隔。 复测成果或检测成果出现异常，受地震、洪水、台风、
爆破等影响时，应及时复测。 4) 首次观测应适当增加观测量，提高初始值的可靠性。 5) 不同周期观测时， 宜采用相同的观测网形和观测方法， 使用相同类型的测量仪器。
② 不便埋设标志的塔形、圆形建筑物以及竖直构件， 可照准视线所切同高边缘认定的位置 或用高度角控制的位置作为观测点位。 ③ 位于地面的测站点和走向点， 可根据不同的观测要求， 采用带有强制对中设备的观测墩或混凝土标石。 ④ 一次性倾斜观测项目， 观测点标志可采用标记形式 或直接利用符合位置与照准要求的建筑物特征部位； 测站点可采用小标石或临时性标志。
② 从建筑物外部观测时， 测站点或工作基点选在 与照准目标中心连线呈接近正交或等分角的方向线上 距照准目标1.5~2.0倍目标高度的固定位置处； 用建筑物内竖向通道观测时， 可将通道底部中心点作为测站点。 ③ 按纵横轴线或前方交会布设的测站点， 每点应选设1~2个定向点。 基线端点的选设应顾及其测距或丈量的要求。 2) 观测点位的标志设置 ① 建筑物顶部和墙体上的观测点标志， 采用埋入式照准标志型式。 有特殊要求时，应专门设计。
⑦ 片筏基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四 角处及其中部位置。
⑧ 重型设备基础和动力设备基础的四角、基础型式或埋 深改变处以及地质条件变化处两侧。
⑨ 电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建 筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点 数不少于4个。
(3) 高差观测
水准测量方法。 ① 水准网的布设 建筑物较少的测区，水准点连同观测点按单一层次布设； 建筑物较多且分散的大测区，宜按两个层次布网， 即由水准点组成高程控制网、观测点与所联测的水准点 组成扩展网。 高程控制网应布设为闭合环、结点网或附合高程路线。 ② 水准测量的等级划分 水准测量划分为特级、一级、二级和三级。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
三、变形监测的分类，从其时间特性来分 运动式变形包括地壳应变的积累、地质构造断层两 边相对错动、建筑物或地表下沉等。 这种形式的变形，总趋势是朝一个方向。 动态式变形是指高层建筑物的摆动、桥梁在动荷载 作用下的振动等等。 这种形式的变形呈周期性，监测的结果获得变形的 幅度和周期的信息。
版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学
测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘尚国 skdlsg@
9.2 变形监测的特点
一、精度要求高 制定变形监测的精度取决于变形的大小、速率、仪 器和方法所能达到的实际精度，以及监测的目的等。
1971年国际测量师联合会(FIG)第十三届会议上工程测量组提出：
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
苏州虎丘斜塔
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比萨斜塔
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
城市下面、工业设施和交通干线下面、水体（河流、 湖泊、海洋）下面采矿（称为三下采矿），对变形监测 都提出了更高的要求。
一般来说，如果变形监测是为了使变形值不超过某 一允许的数值，以确保建筑物的安全，则其监测的误差 应小于允许变形值的1/10～1/20；
如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面这 个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和仪器所能达 到的最高精度。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
五、变形监测的等级划分——《工程测量规范》（GB50026-2007）
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的内容 地表沉降：
对于建立在江河下游冲积层上的城市，由于工业用水需 要大量地吸取地下水，而影响地下土层的结构，将使地面发 生沉降现象。 对于地下采矿地区，由于 在地下大量的采掘，也会使地 表发生沉降现象。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
岩体滑坡 建筑工地沉陷
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形：变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及 位臵在时空域中的变化。 变形体：一般包括工程建筑物、技术设备以及其他 自然或人工对象。
1）变形体自身的形变： 伸缩、错动、弯曲、扭转
2）变形体的刚体位移： 整体平移、整体转动、整体升降、整体倾斜
变形体的变形在一定的范围内被认为是允许的，如 果超出允许值则可能引发灾害。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
二、变形测量的目的 总的说来，变形监测的目的是要获得变形体(大到整 个地球，小到一个工程建筑物)变形的空间状态和时间特 性，同时还要解释变形的原因。 对于前一个目的，相应的变形监测数据处理任务称 为变形的几何分析，对于后一个目的，相应的任务称为 变形的物理解释。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
二、变形测量的目的 2、通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观 测，分析研究，可以验证地基与基础的计算方法，工程 结构的设计方法，对不同的地基与工程结构规定合理的 允许沉陷与变形的数值，为工程建筑物的设计、施工、 管理和科学研院 刘尚国 skdlsg@
9.2 变形监测的特点
一、精度要求高 在生产实践中，求得必要的误差以后，如果根据本 单位的仪器设备和技术力量，能够比较容易地达到精度 要求，而且在不必花费很大的精力、不增加很多工作量 的情况下，还能达到更高的精度时，也可以将观测的精 度指标提高。 例如前述情况，在求得m=6mm后，即按此思想将精 度标提高，取2mm作为最后的观测中误差。
采煤沉陷区
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
地壳中地应力的长期积累，造成地震，严重地危及 人类的生存，监测地壳的变形是预报地震的重要手段。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
基坑塌方
路基沉陷
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形灾害
溃坝
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一、精度要求高
二、重复观测
三、综合应用各种观测方法
四、数据处理要求严密
五、需要多学科知识的配合
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9.2 变形监测的特点
一、精度要求高 和其它测量工作相比，变形监测要求的精度高，典 型精度要求是1mm或相对精度要求为10-6。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
变形监测：用测绘仪器和专用的方法对变形体进行 监视观测以确定其形状、大小及空间位臵在时空域中的 变化特征。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
五、变形监测的等级划分——《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
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9.2 变形监测的特点
与工程建设中的测图和施工测量相比，变形监测有 很多自身的特点：
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的内容 钢筋混凝土建筑物： 以混凝土重力坝为例，其主要观测项目为垂直位移、 水平位移以及伸缩缝的观测。以上内容通常称为外部变 形观测，也就是用测量的方法求出建筑物外形在空间位 臵方面的变化。 此外，还要了解其结构内部的情况。例如混凝土应 力、钢筋应力、温度等，这些内容通常称为内部观测。 它一般是将电学仪器(或其它仪器)埋没在坝体内部，以 电缆(管道)连至廊道内，定期进行观测。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
二、变形测量的目的 1、通过变形观测取得第一性的资料，可以监视工程 建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时， 应及时分析原因，采得措施，防止事故发生，并改善运 营方式，以保证安全。所以说，变形测量是工程管理工 作的耳目。
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的内容 工业与民用建筑物： 基础：均匀沉陷与不均匀沉陷，计算绝对沉陷值、 平均沉陷值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉陷速度以 及绘制沉陷分布图。 建筑物本身：倾斜与裂缝观测。 工业企业、科学试验设施与军事设施中的各种工艺 设备、导轨等：水平位移和垂直位移。 高大的塔式建筑物和高层房屋：瞬时变形，可逆变 形和扭转(即动态变形)。
9.2 变形监测的特点
一、精度要求高 在工业与民用建筑物的变形观测中，由于其主要观 测内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜，其观测精度应 根据建筑物基础的允许沉陷值、允许倾斜度、允许相对 弯矩等来决定，同时也应考虑其沉陷速度。
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测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘尚国 skdlsg@
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
五、变形监测的等级划分——《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
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工 程 测 量 学
多 媒 体 课 件
第9章 变形测量概述
测 绘 科 学 与 工 程 学 院
上海宝钢二号高炉框架变形监测
分 节 目 录
9.1 变形测量的意义、目的和内容 9.2 变形监测的特点 9.3 变形监测技术和方法 9.4 变形观测数据分析
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9.1 变形测量的意义、目的和内容
五、变形监测的等级划分——《工程测量规范》（GB50026-2007）
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9.1 变形测量的意义、目的和内容