变形与沉陷工程学第二章 变形观测的基本方法
简述建筑物变形测量方法
简述建筑物变形测量方法1、高层建筑物变形测量的方法一般来说，变形测量可分成垂直（方向）沉降测量、水平（方向）位移测量、建筑物相邻影响及场地沉降测量、建筑场地及建筑物主体倾斜（垂直度）测量。
此外还有滑坡测量、裂缝观测、挠度观测、抗压观测、日照变形观测及风振观测等等。
1.1 垂直位移观测包括地面垂直位移和建筑物垂直位移。
地面垂直位移指地面的沉降或上升，其原因除了地壳本身的运动外，主要是人为造成的。
为了测定地面和建筑物的垂直位移，需要在远离变形区的稳固地点设置水准基点，并以它为依据来测定设置在变形区的监测点的垂直位移。
目前最常采用的是水准测量方法，观测的水准路线应形成闭合线路。
1.2 倾斜观测测定高层建筑物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜;另一类是通过测量建筑物基础相对沉陷的方法来确定建筑物的倾斜。
1.3 挠度观测对于高层建筑物，由于它们相当高，故在较小的面积上有很多大的集中荷载，从而导致基础与建筑物的沉陷，其中不均匀的沉降将导致建筑物倾斜，局部构件产生弯曲和引起裂缝。
对于房屋类的高层建筑物，需要对建筑物进行动态观测——振动（摆动）观测。
1.4 裂缝观测当建筑物多处发生裂缝时，应先对裂缝进行编号，然后分别观测裂缝的位置、走向、长度、宽度等项目。
对于建筑物上裂缝的位置、走向以及长度的观测，是在裂缝的两端用油漆画线作标志，或在混凝土表面绘制方格坐标，用钢尺丈量。
观测的次數应视裂缝发展情况而定，一般在发生裂缝初期应每天一次，在裂缝有显著发展，暴雨过后必须加测一次;只有当裂缝发展缓慢后，才适当减少观测次数。
2、沉降产生的原因机制及观测精度的确定2.1 沉降产生的原因机制对于高层建筑而言，对地基土要求比较高，不只限于要求地基土有较高的承载力较少的沉降量，更重要的是要对地基土的性状应充分了解和通过勘探进行必要的研究，以便对地基土作出正确的评价，提出基础类型等。
确外界条件（如地下水位、地基土壤温度变化等）是产生建筑物沉降的另一个主要原因之一。
工程测量建筑物变形观测
C、如果采用电子传感设备，可将观测点相对于垂线的微小位移 变换成电感输出，经放大后出电桥测定并显示各点的挠度值。
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2 、裂缝观测
对建筑物产生的裂缝要进行位置、长度、宽度、深度和错距等 的定期观测。 常可分为以下两类： （1）土工建筑物裂缝观测 对于表面裂缝．可对全部裂缝或若干主要裂缝区的裂缝进行观 测。 在观测范围内，以土坝、土堤等建筑物的轴线为基准线，可按 堤坝桩号和距轴线的距离，画出坐标方格，逐格量测缝的分布 位置和沿走向的长度，裂缝宽度可在两侧设带钉头的小木桩作 标点进行量测。裂缝错距可用刻度尺直接员测。裂缝深度，可 选定若干适当位置，进行坑探、槽探或井探。探测前，最好从 缝口灌入石灰水，以便观察缝迹。
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1、几何水准测量法
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水准测量作业应按照国家规范的具体要求严格执行。仪器校验； 应按照规范要求的观测程序和限差要求进行观测和检验。
在水难测量作业过程中，还应注意以下几个问题：
（1）三等以上水准测量应往返观测，其观测顺序为： 往测；奇数站，后一前一前一后；偶数站，前一后一后—前。 返测：奇数站，前一后一后一前；偶数站，后一前一前一后。
***其表现形第2式1页/共为42页 在不同时期平 面坐标或距离的变化。建筑物水
水平位移观测的方法常规的有: 地面控制测量方法，如导线测量、前方交会法等；也有各
专用方法，如基准线法，正、倒垂线法等。对于各种不同的 方法，其测点与工作基点及其标志布设都有专门的要求。通 常以测量规范为准.
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桥梁墩台的变形观测主要包括两方面： 各墩台的垂直位移观测：主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线 方向(或垂直于桥轴线方向)的倾斜观测； 各墩台的水平位移观测：其中各墩台在上、下游的水平位移观测称为横 向位移观测，各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。 两者中，以横向位移观测更为重要。
浅析桥梁变形的原因及其观测方法
从 趋 广泛地被用于大型工程建筑物的变形观测 ， 的设计方 法 ， 而合理规定不同地基对桥梁结
是指 由于勘测、设计时不合理，施工时不 原因是 近ｌ多年来摄影测量点位的测定精度显 构的允许变 形值 ，为桥 梁设计、施工 、管理和 Ｏ 规范 ，运营 、管理法师方式 、方法科学 等，都 著提高 ，加之本身具有的特殊优点以及近年来 科学研究提供依据 ，以便 更好地保证桥梁设计 会使桥梁产生变形。 硬 件上 的改进 （ 包括高质量的摄影机和精密的 的 科学性 和 施工 的安 全性 ，以 及使用 的 合理
。
囊 耄
出诸 原 ， 梁修 施 于 多 因桥 在 建 工
１ 地 量 法 ． 测方 。 大
（ ）能 鍪 篓 全 ・ 梁 苎《量 精 跨 水 测 ，横 位 观 中 ； １２）可以提供测定 桥墩 台上 任意 点 的 二 。 监 和 密 河 准 量 因 向移 测 遇 变形 （ 够 同 时 瞬时和 完全的三维 空间 嘲ｉ 梁变 因观 法 鼠 剑 聂 粱 基 线 观 ，¨ 和 形原 测方 直 按 准 珐 测 ３ ４ 法 磊 ； 线 桥 ￣、 括 ｔ ｎ角 ＿
２与桥梁本身相联系的原因。 ． 续监测和 自 动化观测的问题 ； （）可提供局部 象 ，可及时分析原 因，采取措施或调 整运营方 ３ 式 ，以保证桥梁的使用安全 ，所 以，变形观测 是指作用在桥梁上部结构的恒载与作用墩 的变形信息。 台的恒载 、墩 台与梁的结 构型式以及活载的作 ｊ ３摄影测量方法。 ． 是桥 梁管理的耳 目。此外 ，利用变形观测信息
而 产生 的变形 ，它是 以外力为函数来表示的动 ｌ ｐ ｐ ｍ；还有测程达５０ ｍ￣ＭＥ ５０， ・ｋ ００其精度 方法进行变形观测时 ，应注意选择适 宜的测 点 位置。 态 系统对于时 间的变化 ，其观 测结 果是表示桥 可达０２ （・～ｌｐ ・ｍｍ Ｏ２ ｐ ｍ）。如果桥跨距较 四 注意事项 梁在某个时刻的瞬时变形。 短 ，可用特制的 因瓦线尺或钢 线尺来测定相邻 在 桥梁 变形 测量 中 ，确定 合理 的测 量精 关于桥梁变形观测的几个概念 桥墩 之间的跨距变化 。桥跨结构 的恒载 和活载
变形与沉陷工程学课程教学大纲
变形与沉陷工程学课程教学大纲课程名称：变形与沉陷工程学英文名称：Deformation monitoring and settlement engineering课程编号：x3071291学时数：32其中实践学时数：8课外学时数：0学分数：2.0适用专业：测绘工程一、课程简介《变形与沉陷工程学》是测绘工程专业一门重要的专业课。
课程内容包括变形控制网建立的基本原理与方法、变形测量控制网的平差计算、变形网的变形分析、工程建(构)筑物的变形测量、边坡工程监测、地下工程监测、水利工程变形监测、现代变形测量技术等通过《变形与沉陷工程学》课程的学习，使学生达到能够运用《变形与沉陷工程学》基本理论知识，解决生产实际中所遇到的有关问题，具备根据不同的变形体，建立变形观测控制网与变形监测的工作能力，为变形监测技术设计书的编写打下坚实基础。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论了解变形测量的对象、目的，掌握变形测量的内容与方法重点：内容与方法（二）变形测量控制网的平差掌握变形测量控制网的平差理论与方法重点：经典平差难点：秩亏自由网的平差（三）变形网的变形分析要求学生至少掌握一种变形网的变形分析的方法。
重点和难点：平均间隙法（四）工程建(构)筑物的变形测量掌握工程建(构)筑物的变形测量理论与方法重点和难点：水平位移、沉陷测量与倾斜测量（五）边坡工程监测了解边坡地质灾害有关内容，掌握边坡移动监测的理论与方法重点：监测的方法与数据处理（六）地下工程监测了解地下工程相关基本知识，掌握地下工程监测的基本方法及测量数据的分析处理重点：地下工程监测的基本方法难点：测量数据的分析与处理（七）水利工程变形监测了解水利工程监测的基本内容，掌握水利工程变形监测的基本方法及测量数据的分析处理重点：水利工程变形监测的基本方法难点：测量数据的分析与处理（8）现代变形测量技术了解变形测量高精度测量机器人系统掌握卫星定位技术进行变形监测重点：卫星定位技术进行变形监测难点：高精度测量机器人系统四、教学方式及学时分配五、课程其他教学环节要求（一）实验：本课共设2个实验，学时为8学时。
变形观测
1变形：所谓变形，是指工程建筑物由于某种原因而产生的位置、形状和大小的变化，被观测的工程建筑物称“变形体”。
而变形观测则是对变形体进行观测和分析的过程。
变形观测：定期对变形体的有关几何量进行测量，并从观测成果中整理、分析出变形规律的整个过程。
目的：获得变形体产生变形的空间状态和时间特性，确定变形值的大小及稳定程度，同时解释变形的原因。
9变形观测的必要精度取决于：允许变形值的大小和观测目的。
13布设基准点的方法：（1）远设（2）深埋14工作基点的布设要求：变形速度小，且与观测点之间的距离较近。
15测点观测：在实际工作中，可以用工作基点作为过渡性的基点来测定观测点相对于工作基点的位移，我们称为测点观测。
16基点观测：利用固定基点来测定工作基点相对于固定基点的位移，我们称为基点观测。
17变形监测网布网目的：测定网点的变形。
变形监测网图形复杂，多余观测条件多。
变形监测网边短，精度高。
变形监测网可以没有已知数据18垂直位移：是指工程建筑物及其基础在垂直方向的变形，因而又直观的称为沉陷或沉降。
由于沉降观测的方法一般为水准测量，所以其基准点也常称为水准基点。
水准基点的埋设位置应位于拟测建筑物范围外20到25米处。
水准测量的基点可埋设在基岩上或深埋于原状土内。
对于重要的电站和水利工程，水准基点应力求埋于基岩之上。
为了检查水准基点的稳定性，可将其成组的埋设，通常由间距约100M 的每三个点为一组。
由此可以经常观测三点间的高差，这样便可判断出水准基点的高程有无变动。
19观测点：是固定在房屋结构基础、柱、墙上的测量标志。
20沉降观测：是指定期测量观测点相对于水准基点的高差，从而求得观测点的高程，并将不同时期所得的高程加以比较，得出建筑物的沉降数据等资料。
21四固定：（1）固定观测员（2）固定仪器（3）固定施测线路（4）固定观测时间基点观测原则上按一等水准测量的要求实施，要求每千米水准测量高差中数的中误差不大于0.5mm。
建筑变形测量
《建筑地基基础检测规范》 DBJ 15-60-2008
《钢结构工程施工质量验收标准》GB 50205-2001
2.变形控制测量
2.1）一般规定
建筑变形测量基准点和工作基点的设置应符合下列规定：
1建筑物沉降观测应设置高程基准点；
2建筑位移和特殊变形观测应设置平面基准点，必要时应设置高程基准点；
为了达到基准点稳定的要求，可有两种方法：
一是远离工程建筑物;
二是深埋。
（2）工作点 工作点又称工作基点，它是基准点与变形观测点之间起联系作用的点。工
作埋设在被研究对象附近，要求在观测期间保持点位稳定。 （3）观测点 变形观测点是直接埋设在变形体上的能反映建筑物变形特征的测量点，又
称观测点，一般地设在建筑物内部。并根据测定它们的变化来判断这些建筑 物的沉陷与位移。
H
H ( j1) i
H
( i
j)
式中：i表示观测点点号；j表示观测期数。
(二)沉降观测的几个主要参数和基本概念：
⑴高差的概念
①高差：两个地面点之间的高程差称为高差。
⑵水准点（BM）：水准点有永久性和临时性两种。由测绘部门，按国家规范埋设和测定 的已知高程的固定点，作为在其附近进行水准测量时的高程依据，叫永久水准点。
JGJ 8 – 2007
《工程测量规范》
GB 50026 - 2007
《建筑地基基础设计规范》 GB50007 - 2002
《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497-2009
5.2)验收依据：
《民用建筑可靠性鉴定标准》 GB 50292-1999
《危险房屋鉴定标准》
JGJ 125-1999
1）沉降观测的目的 监测建筑物在垂直方向上的位移（沉降），以确保建筑物及其周围环境的安全。
变形观测技术-PPT文档资料
对于同一变形观测工程，变形观测点能够达到的精度，除取决于监测网对观
测点的测量精度m测，也受监测网本身的精度影响。最不利情况是监测网中
的最弱点m弱施测观测点，则观测点的观测中误差：
m = 观
m m 测 2
2 弱
当m观由允许变形值确定后，就可以选择观测点的测量精度m测和监测网的精
度m弱：
m = 弱
m m - 2
93 《工程测量规范》将变形测量划分为四个等级，并规定了相应的精度指 标，见表2-1，其精度指标为：变形点水平位移中误差；变形点垂直 位移中误差；相邻点高差中误差。
表2--1 变形测量的等级划分及精度要求
对于同类工程建筑物，根据其结构、形状不同，要求的精度也有差 异。即使同一建筑物，不同的部位的精度要求也不不同。普通的工业与 民用建筑，变形监测的主要内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜。一般 来讲，对于有连续生产线的大型车间（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2mm的沉陷量，因此，对于观测点高 程的精度，应在1mm以内。特种工程设备，要求变形观测的精度高达 0.1mm。
形 值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小 于允许变形值的1/10~1/20；如果观测目的是为了研究其变形的过程，则 其中误差应比这个值少的多”
工程类型众多，要求各异，很难规定一个统一的精度标准。小于允 许变形值的1/10~1/20的要求取值灵活，易被人们接受，对于很重要的工 程人们还是愿意当时能够达到的最高精度为标准进行观测。GB·50026-
变形观测分为变形监测和变形检测
一、变形监测方案制定的主要内容
变形监测方案的制定必须建立在对工程场地的地质条件、施工方案、 施工周围环境详尽调查了解基础之上，同时还需与工程建设单位、施工 单位、监理单位、设计单位以及有关部门进行协调。由于变形监测方案 的制定将影响到观测的成本、成果的精度和可靠性，因此，应当认真、 全面的考虑。
变形观测的基本措施
变形观测的基本措施：
为了保证变形观测成果的精度，除按规定时间一次不漏的进行观测外，在观测中应采取“一稳定、四固定”的基本措施。
(1) 变形观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的变形观测点，其点位要稳定。
基准点是变形观测的基本依据，因此设三个稳固可靠的基准点，并每半年复测一次；变形观测点应设在被观测物上最能反映变形特征且便于观测的位置。
(2) 变形观测所用仪器、设备要固定；观测人员要固定；观测的条件、环境基本相同；观测的路线、镜位、程序和方法要固定。
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精密几何水准测量
➢精密高程测量的中误差通常不能超过0.1~精度水准仪；研制专用的分划 尺和照准目标；研制能以足够精密、平稳地调整仪器高的水 准仪支架；改进短视线几何水准测量的作业方法。
➢短视线精密几何水准测量方法（Ni007），可以确定相距 10～15m两点间的高差，中误差达到0.03～0.05mm；确定相 距几百米的两点间的高差，中误差为0.1～0.2mm。广泛用 于多种建筑物基础沉陷和施工测量中。
➢ 在露天条件进行高精度水准测量时，采用阳伞外，水准 仪最好还带上附加的热力保护罩。
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• 变形监测：就是利用测量仪器与专用仪器和方 法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时 空分布规律，研究变形发生的原因、变形特征及 其随空间与时间的变化规律，以便预测、预报， 以避免或尽可能减少损失。
• 任务：确定在各种荷载和外力作用下，变形体 的形状、大小及空间位置变化的空间状态和时间 特征。
在本章中主要讨论是局部性的变形观测问题。
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从其时间特性来分：有“静态”式、运动式和动态式三种：
“静态”式：是指固定参考点，其中个别点可能由于局部因 素发生变动，但这种变动没有一定的时间特性，变形监测的目 的是要查明他们的稳定性。
运动式：包括地壳应变的累积、地质构造断层两侧的相对错 动、建筑物或地表下沉等；这种变形，其总趋势是朝一个方向 。
获取几何变形量： 水平位移、垂直位移以及偏距、倾斜、扰度、
弯曲、扭转、震动、裂缝等。 获取与变形有关的影响因子（物理量）：
应力、应变、温度、气压、水位（库水位、地 下水位）、渗流、渗压、扬压力等。
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1.1.5 变形观测的重点
变形观测关心的重点是位置的变化，而非某个位置。 特点： ✓ 要进行周期观测，每一周期的观测方案，都要尽 可能一致； ✓ 动态、持续监测； ✓ 要求精度高，对于重要工程，一般要求“以当时 能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。
➢ 固定式静力水准仪适用于竣工后构筑物的变形观测。
流体静力水准测量
➢原理 容器分别安置在待测的平面上，两容器用软管相联，内装均质液
体测容器中液体的自由表面处于同一水平上，两平面的高差为：
Δh=H1-H2或 Δh=（a1-a2）-(b1-b2) 式中：a1、a2——容器的高度，一般a1=a2
b1、b2——容器中液面位置的读数
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主要优点： ➢能够提供变形体的整体变形状态； ➢观测量通过组成网的形式，便于进行测量结果的校核和精度的 评定； ➢灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形体和不 同的外界条件。 主要缺点： ➢外业工作量大、作业时间长 ➢不易实现连续监测和测量过程的自动化 ➢（与空间测量比）监测的范围相对小。
➢仪器构成： （ 1）搁支点，其作用是与被测对象接触 （ 2）盛装液体的容器及连接两容器的软管 （ 3）测微读数装置 ➢测量误差
（一）仪器误差 1．在观测点上安置液体静力水准仪的
误差 2．液体静力水准仪观测头倾斜所引起 的误差——比较小，悬挂式引起的误差 很小 3．量测设备的误差 4．观测头的组合部件由于温度变化 而产生的误差 5．液体漏损带来的误差
常规地面测量方法---精密高程测量
❖ 精密高程测量是研究垂直方向变形的主要手段，其作 业过程在过去的几十年中没有明显变化。
❖ 精密高程测量，主要用精密水准进行；也可采用液体 静力水准测量、测微水准测量或其他精密的高程测量 方法。具有精度高、稳定可靠、技术成熟等优点。
❖ 目前，国家一等水准测量的偶然误差为每公里 0.5~0.7mm，系统误差约每公里0.06mm。
变形与沉陷工程学第二章 变形观测 的基本方法
1.1 变形观测基础知识
1.1.1 变形观测的概念 1.1.2 变形观测的分类 1.1.3 变形观测的意义 1.1.4 变形观测的内容 1.1.5 变形观测的重点
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1.1.1 变形观测相关概念
• 变形：变形体在各种荷载作用下，其形状、大小 及位置在时间域和空间域中的变化。 • 变形的类型： 变形体自身的形变—伸缩、错动、弯曲和扭转; 变形体刚体位移—整体平移、转动、升降和倾斜; • 正常的变形 ---变形体的变形在允许的范围内 • 异常的变形 ---超出允许值，则可能引发灾害。
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1.2 变形观测的基本方法
1.2.1 常规大地测量方法 1.2.2 摄影测量方法 1.2.3 空间测量方法 1.2.4 特殊测量方法
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1.2.1 常规大地测量方法 •概念：用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边 长和高差等量所采用方法的总称。 •分类：角度测量、距离测量、各种交会法、极坐标 法、卫星定位法以及几何水准法、三角高程法等。
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1.1.2 变形观测的分类
按研究范围可分为三类：全球性的、区域性的和局部性的 全球性的变形观测：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。 区域性的变形观测：主要研究地壳板块范围内变形状态和 板块交界处地壳的相对运动。 局部性的变形观测：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壳变形。
流体静力水准测量
➢ 静力水准测量主要适用于特殊要求下的精密高程测量 （如变形监测）。静力水准测量可以采用固定式或移动 式仪器。
➢ 各种流体静力水准仪的结构本质上的区别仅在于：测定 和读取连通管中液面位置的方法不同。目前，主要采用 目视法、目视接触法、电子接触法和光电记录法等。
➢ 移动式静力水准测量，参照几何水准测量的格式进行手 簿记录并编算高差表。
动态式：是高层建筑物的摆动、桥梁的动荷载作用下的振动 等等；这种变形呈周期性，监测的目的是要获得变形的幅度和 周期的信息。
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1.1.3 变形观测的目的和意义
实用意义： 保障工程安全
科学意义： ✓ 解释变形的机理 ✓ 验证变形的假说 ✓ 检验设计是否合理 ✓ 为修改设计、制定规范提供依据
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1.1.4 变形观测的内容