变形监测基本概念
工程测量基本术语变形监测
工程测量基本术语变形监测9．1 一般术语9．1．1 变形监测deformation monitoring对被监测对象的形状或位置变化进行监测，确定监测体随时间的变化特征，并进行变形分析的过程。
9．1．2 变形观测deformation observation对建（构）筑物和地表相对位置变化所进行的测量。
9．1．3 监测体monitored body，deforming body被监测对象本身（即被观测体）。
9．1．4 水平位移监测horizontal displacement monitoring测量监测体平面位置随时间的变化量，并结合相关影响因素进行变形分析的工作。
9．1．5 垂直位移监测vertical displacement monitoring测量监测体在垂直方向随时间的变化量，并结合相关影响因素进行变形分析的工作。
9．1．6 动态变形监测dynamic deformation monitoring对监测体在动荷载作用下产生的变形所进行的测量。
9．1．7 日照变形监测sunshine deformation monitoring对监测体因日光照射（或辐射）受热不均而产生的变形所进行的测量。
9．1．8 风振监测wind loading deformation monitoring对监测体受强风作用而产生的变形所进行的测量。
9．1．9 裂缝监测crack monitoring，fissure monitoring对监测体上裂缝的宽度、长度、走向及其变化等进行的测量。
9．1．10 结构健康监测structural health monitoring为检测建（构）筑物的结构损伤或老化等进行的测量、检测工作。
9．1．11 监测周期monitoring period相邻两次变形观测时间的间隔。
9．1．12 变形监测系统deformation monitoring system专门用于变形监测中的，具有数据采集、数据处理、数据分析、绘制相关变形曲线、生成报表等功能的硬件及软件系统。
基坑变形监测的要点及技术措施分析
测。
监测周期与频率
在基坑开挖前应进行初始测量，确定初始值；在基坑开挖期 间，应按照一定的时间间隔进行连续监测，一般为每天1~2 次；当出现异常情况时，应增加监测频率。
在基坑回填期间，也应按照一定的时间间隔进行监测，直至 回填完成。
监测数据的处理与分析
1
对采集的监测数据进行检查和校准，消除错误 数据和异常值。
技术发展趋势与展望
发展自动化监测技术
随着技术的发展，自动化监测技术将在基坑变形监测中得到广 泛应用，提高监测效率和准确性。
引入新型传感器和设备
新型的传感器和设备能够更好地适应复杂的环境，提高监测数据 的准确性。
加强数据分析与解释
对于大量的监测数据，需要加强数据分析与解释，提取有用的信 息，为基坑工程的安全提供更有力的保障。
变形监测应实时监控建筑物的变形情况，及 时发现和预测潜在的安全隐患，为采取必要 的工程措施提供科学依据。
02
基坑变形监测的要点
监测网的建立
监测基准点的设置
应选择在基坑开挖影响范围之外的稳定区域，设置3个以上相互垂直的基准点 ，组成监测控制网。
监测点的布设
在基坑开挖前，根据设计要求和现场实际情况，确定监测点的位置和数量， 应考虑全面覆盖、重点突出、便于数据采集和处理等原则。
04
基坑变形监测的实践应用
工程实例一：上海中心大厦基坑监测
监测点布置
在上海中心大厦基坑周围共布置了8个监测点，监测其垂直位移、 水平位移、沉降等指标。
监测周期
自基坑开挖起至地下室施工完成，每周监测2次，进入稳定期后每 周监测1次。
数据分析
通过数据分析，发现基坑南侧存在较大变形，及时采取了加固措施 ，确保了施工安全。
变形监测资料
名称解释1.变形监测：变形监测是对被监测的对象或物体（简称变形体）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。
2.瞬间变形：是指在短时间荷载作用下发生的瞬间变形。
3.液体静力水准测量：也称连通管测量，是利用相互连通的且静力平衡时的液面进行高程传递的测量方法。
4.长周期变形：指在比较长的时间段内发生的循环变形过程。
5.变形监测点：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，一般埋在建筑物内部，并根据测定他们的变化来判断这些建筑物的沉陷与位移。
6.视准线法：利用经纬仪或视准仪的视准轴构成基准线，通过该基准线的铅垂面作为基准面，并以此铅垂面为标准，测定其他观测点相对于该铅垂面的水平位移量的一种方法。
7.引张线：在两个工作基点间拉紧一根不锈钢丝而建立的一条基准线。
8.挠度：建筑物在应力作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移成为挠度。
9.深层水平位移：基坑围护桩墙和土体在不同深度上的水平位移。
10.土体分层沉降：指地表以下不同深度土层内点的沉降或隆起。
11.基坑回弹：基坑开挖后，由于卸除地基自重，引起基坑底面及坑外一定范围内土体相对于开挖前的回弹变形。
12.激光垂准法：利用激光垂准仪，测定建筑物底部和顶部距离垂准激光束的距离差，从而计算建筑物某轴线（某一面）的倾斜度。
13.正垂线：将钢丝上端悬挂于建筑物顶部，通过竖井至建筑物的底部，在下端悬挂重锤，并放置在油桶之中便于垂线的稳定，以此来测定建筑物顶部至底部的相对位移。
14.倒垂线：将钢丝的一端与锚块固定，而另一端与浮托设备相连，在浮力作用下，钢丝被张紧，只要锚块稳定不动，钢丝将始终位于同一铅垂线位置上，从而为变形监测提供一条稳定的基准线。
15.土体回弹测量：测量地铁盾构隧道掘进后相对于地铁盾构隧道掘进前的隧道底部和两侧土体的回弹量。
16.桥面挠度：是指桥面沿轴线的垂直位移。
简答1.变形监测的主要目的有哪些?（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2.变形监测的主要内容有哪些?（1）现场巡视（2）位移监测（3）渗流监测（4）应力监测（5）环境量监测（6）周边监测3.变形监测点分哪几类?各有什么要求?1）基准点：基准点埋设在稳固的基岩上或变形区域以外,尽可能长期保存，稳定不动，每个工程一般应建立3个基准点,以便相互校核,确保坐标系统的一致。
变形监测
中 国 矿 业 大 学
测量原理
探头内的感应电路在探头接近感应环时，将引起蜂鸣器报警 ，并使指示器上指针偏转。当指针达到蜂值，即探头中心正好对 准感应环时，利用电缆和标尺上的刻度，便可测得探头中心所在 的深度。根据一定时间间隔内前后两次的测量结果，可计算出不 同深度（感应环所在位置）岩层的垂直位移以及每一段内岩层的 竖向伸长或压缩量。为获得绝对的位移值，至少应有一个感应环 （如孔底附近）埋在稳定岩石中，或者有一个感应环（如孔口附 近）用其它方法测得绝对位移值。
3.1 岩体内部下沉测量（钻孔伸长仪）
安装好的下沉测量系统如图所示。
1－基准架；2－读数装置、卷缆轮；3－水泥浆；
4－充填砂浆；5－用粘结剂和胶带密封的感应环； 6－感应环；7－倾斜仪套管接头；8－倾斜仪套管； 9－注浆阀门；10－重锤；11－探头； 12－用粘结 剂和胶带密封的软管接头；13－用尼龙丝或胶带夹 固定的软管接头； 14－固定在刚性管上的软管末端。
点云数据
特征线提取 两次特征线比较
最终变形数据
中 国 矿 业 大 学
实例：焦炉和烟囱变形监测的扫描数据
1号焦炉点云数据 2号焦炉点云数据
点云数据截面截取 中 国 矿 业 大 学
截取后的点云数据和特征 线数据
3 岩体内部观测系统
岩层内部观测站测点一般布设在岩层内部的钻孔中，用于研究 岩层内部的移动和变形规律。
指标
扫描距离 距离测量精度 单点定位精度
数值
最远350m 7mm@100m 6mm@50m，12mm@100m
激光波长
扫描范围
脉冲532 nm
360° x 60° 连续扫描
中 国 矿 业 大 学
2.3三维激光扫描技术的特点
变形监测考点总结
变形观测概念1、变形指变形体（根据变形监测区域大小，可将变形监测对象分为三大类：全球性的、区域性的、工程与局部性的，本文统称其为变形体）在各种致变因素的作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。
本质：是变形体渐变性位移变形到突然发生宏观移动的非线性过程。
2、变形观测指为了解变形量大小，通过定期测量观测点相对于基准点的变化量，从历次观测结果比较了解变形随时间与空间的发展情况。
这个过程即是变形观测。
变形观测的对象、目的和内容1、变形观测的研究对象全球性变形研究：板块运动、地极运动区域性变形研究：城市地面沉降工程和局部变形研究：建筑物变形、滑坡、开采沉陷精密工测中的变形研究：桥梁、坝体、地铁、护堤2、变形观测的目的确保工程安全运营分析评价安全状态验证设计参数，为改正设计和科学研究提供资料反馈设计施工质量进行变形分析，研究变形规律，建立预报变形的理论和方法3、内容：对监测体的形态、位移、倾斜、扰度、裂缝、振动、相关影响因素进行监测。
变形监测系统设计的主要内容：（1）技术设计书。
测量所遵照的规范及其相应规定；合同主要条款及双方职责等。
（2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述。
主要是说明各部分观测的重要性及可能出现的现象的解释。
（3）观测的原则方案。
包括监测工作的重要性、目的、要求等的总体说明。
（4）控制点及监测点的布置方案。
包括监测系统布置图、测量精度要求及说明。
（5）测量的必要精度论证。
对主要监测方法的精度论证，并说明观测中的注意事项。
（6）测量的方法及仪器。
包括仪器的种类、数量、精度等，对于特殊仪器应给出加工图、施工图，以及观测规程。
（7）成果的整理方法及其它要求或建议。
成果的整理一般按照规范的要求执行，对于规范中没有明确规定的内容，应进行详细说明。
（8）观测进度计划表。
主要说明观测所需要的时间及其安排。
（9）观测人员的编制及预算。
监测测精度及监测周期的合理确定监测精度与监测周期和位移速度之间存在一定的相互制约的关系：①当位移速度一定时, 监测周期越短对监测精度的要求越高；②当复测周期一定时, 位移速度越快对监测精度的要求越低；③当位移速度很小时, 要求有很高的监测精度和较长的复测周期；④随着位移速度的增大, 可以相应地缩短复测周期和降低监测精度。
变形监测
应至少离开危险圆周半径的 20 %。 3、精密导线法是监测曲线形建筑物（如拱坝等）水平位移的重要方法。 按照其观测原理的不同，又可分为精密边角导线法和精密弦矢导线法。
成菱形，墙体水平裂缝/纵墙产生褶曲或鼓起）。 可见：水平变形对建筑物影响较大，特别是正水平变形 第六章 GPS 在变形监测中的应用 GPS 一机多天线监测系统的组成：该系统包括控制中心、数据通信、多天线控制 器和野外供电系统等 4 部分组成。 优点：减小成本 缺点：确保多天线控制器微波开关中各通道的高隔离度和最大限度地减少 GPS 信号衰减。 由于监测的范围比较广，各监测点之间的距离可能很远，天线信号传输至控制器 时将不可避免地产生 GPS 信号衰减过大的问题 要解决这个问题，一方面应提高传输介质的性能，如采用低损耗电缆或者光 纤传输；另一方面也可进行适当的信号增强，为此我们专门研制了相应的 GPS
第三 章 水平位移监测技术 1、常用方法：大地测量法 基准线法 专用测量法 GPS 测量法
大地测量法 主要包括：三角网测量法、精密导线测量法、交会法等。该方法通常需人工
观测，劳动强度高，速度慢，特别是交会法受图形强度、观测条件等影响明显， 精度不高，但该方法较为灵活方便。
基准线法 其类型主要包括：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。 该方法特别适用于直线形建筑物的水平位移监测，
水准基点是垂直位移监测的基准点，一般 3~4 个点构成一组，形成近似正 三角形或正方形，为保证其坚固与稳定，应选埋在变形区以外的岩石上或深埋于 原状土上，也可以选埋在稳固的建构筑物上。
变形监测
第 1 页共 20 页第1章概述简述变形监测的定义。
答：对被监测的对象或物体(简称变形体)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。
变形监测又称变形测量或变形观测。
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。
简述安全监测的主要目的。
答：分析和评价建筑物的安全状态；验证设计参数；反馈设计施工质量；研究正常的变形规律和预报变形的方法。
简述变形监测的特点。
答：周期性重复观测；精度要求高；多种观测技术的综合应用；监测网着重于研究点位的变化。
简述建筑物产生变形的原因。
答：主要可分为外部原因和内部原因两个方面。
外部原因主要有：建筑物的自重、使用中的动荷载、振动或风力等因素引起的附加荷载、地下水位的升降、建筑物附近新工程施工对地基的扰动等等。
内部原因主要有：地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。
建筑物变形一般如何进行分类？答：在通常情况下，变形可分为静态变形和动态变形两大类。
静态变形主要指变形体随时间的变化而发生的变形，这种变形一般速度较慢，需要较长的时间才能被发觉。
动态变形主要指变形体在外界荷载的作用下发生的变形，这种变形的大小和速度与荷载密切相关，在通常情况下，荷载的作用将使变形即刻发生。
建筑物变形监测的主要内容有哪几类？答：对于不同类型的变形体，其监测的内容和方法有一定的差异。
总的来说可以分成现场巡视、位移监测、渗流监测、应力监测、环境量监测等几个方面。
环境量监测的主要内容有哪些？答：环境量监测一般包括气温、气压、降水量、风力、风向等。
现场巡视检查的主要方法有哪些？答：巡视检查的方法主要依靠目视、耳听、手摸、鼻嗅等直观方法，也可辅以锤、钎、量具、放大镜、望远镜、照相机、摄像机等工器具进行。
位移监测的主要内容有哪些？答：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。
渗流监测的主要内容有哪些？答：渗流监测主要包括地下水位监测、渗透压力监测、渗流量监测等。
变形监测方案工程概况
变形监测方案工程概况一、项目背景变形监测是指对岩土体在外部或内部载荷作用下引起的变形进行实时监测和数据分析，以实现对工程结构和地质环境变化进行监测和预警的一种技术手段。
变形监测在地下工程、地质灾害防治、建筑物结构监测等领域都有着重要的应用价值。
本文将从变形监测方案的工程概况、监测设备的选择、监测方案的制定、监测数据处理等方面进行详细介绍。
二、项目内容1. 变形监测设备的选择变形监测设备是变形监测方案中最重要的组成部分之一，直接影响到监测数据的准确性和可信度。
根据不同的监测对象和监测要求，变形监测设备可以选择裂缝计、倾斜仪、位移仪、应变计、孔隙水压力计等不同类型的设备。
在选择变形监测设备时，需要考虑监测对象的特点、监测点的数量和布置、监测数据的采集和传输方式等因素，以确保监测设备的性能和稳定性。
2. 监测方案的制定监测方案的制定是变形监测工程的重要环节，决定了监测的范围、数量、时间和频率等方面的内容。
监测方案的制定需要考虑监测对象的特点、监测要求和监测周期等因素，以实现对变形过程的全面、及时和准确的监测。
在制定监测方案时，还需要充分考虑监测设备的选择、布置和安装方式，以确保监测数据的准确性和可靠性。
3. 监测数据处理监测数据处理是变形监测工程中不可忽视的环节，决定了监测结果的分析和判断。
监测数据处理包括监测数据的采集、传输、储存和分析等步骤，需要使用专业的监测数据处理软件和设备，以准确、及时和全面地获取监测数据，并对监测数据进行进一步的分析和处理。
监测数据处理的结果将为工程安全评估和决策提供重要的依据。
三、项目实施1. 监测设备的安装和调试监测设备的安装和调试是变形监测工程的关键环节，直接影响到监测数据的准确性和可信度。
监测设备的安装需要严格按照监测方案的要求进行，包括监测点的选择、设备的布置和安装方式等。
在安装和调试过程中，需要对监测设备进行严格的验收和测试，以确保监测数据的准确性和稳定性。
2. 监测方案的实施监测方案的实施是变形监测工程的主要任务之一，需要严格按照监测方案的要求进行。
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变形监测基本概念
变形监测是对监视对象或物体（简称变形体）进行测量确定其空间位置随时间变化的特征。
变形监测分静态变形监测和动态变形监测，静态变形通过周期测量得到，动态变形通过持续监测得到。
变形监测有实用上和科学上两方面的意义。
实用上的意义主要是监测各种工程建筑物和地质构造的稳定性，及时发现异常变化，以便采取措施。
科学上的意义包括更好地理解变形的机理，验证有关工程的理论，以及建立正确的预报变形的理论和方法等。
（1）工程变形监测涉及的监测对象主要包括以下两类：
①局部性的变形监测，是监测工程建筑物及其场地的沉降、水平位移、挠度和倾斜等；
②区域性的变形监测，也称形变监测，是对城市、工矿区等区域性地面沉降的监测。
目前，有代表性的变形体有高层建筑物、大坝、桥梁、边坡、地表沉降、基坑以及大型罐体等。
（2）与工程建设中的地形测量和施工测量相比，变形监测具有以下特点：
①重复观测。
这是变形监测的最大特点。
重复观测的频率取决于变形的大小、速度以及观测目的。
第一次观测称为初始周期或零周期观测。
每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测人员都要尽可能一致。
②精度高。
相比其他测量工作，变形观测精度要求高，有时精度要求达到1mm 或相对精度达到10-6。
但对于不同的任务或对象，精度要求有差异，即使对于同一建筑物的不同部位，观测精度也不尽相同。
③需要综合应用多种测量方法。
由于各种测量方法都有其优缺点，因此根据工程的特点和变形监测的要求，综合应用地面测量方法（如几何水准测量、三角高程测量、方向和角度测量、距离测量等）、空间测量技术（如GNSS技术、合成孔径雷达干涉等）、近景摄影测量、地面激光雷达技术、3D激光扫描仪技术以及专门测量手段，可以起到取长补短、相互校核的目的，从而提高了变形监测的精度和可靠性
④变形监测的数据处理要求更加严密。
变形监测数据处理和分析中，经常需要多学科知识的交叉配合，才能对变形体进行合理的变形分析和物理解释。
（3）对于不同的变形体，变形监测的内容有所不同。
归纳起来，主要包括沉降测量（垂直位移测量）、水平位移测量、倾斜测量、动态变形监测以及地面形变测量等。
①首先讲沉降测量。
沉降测量是观测建（构）筑物的基础和建（构）筑物本身在垂直方向上的位移，也称垂直位移测量。
对于大多数变形体，沉降测量都是必不可少的测量内容。
沉降观测最常用的方法是水准测量方法，有时也采用液体静力水准测量方法。
沉降观测应获得各期的沉降观测成果，并绘制时间一荷载一沉降量曲线和等沉降曲线。
对于工业与民用建筑，沉降观测包括场地沉降观测、基坑回弹观测、地基土分层沉降观测、建筑物基础及建筑本身的沉降观测等。
其中，场地沉降观测包括测定建筑相邻影响范围内的相邻地基沉降以及建筑相邻影响范围外的场地地面沉降。
该项工作应该在基坑开挖之前进行，贯穿于整个施工过程，并延续到工程建成后若干年，直至沉降现象基本停止为止。
对于桥梁，沉降观测主要包括桥墩、桥面、索塔的沉降观测以及桥梁两岸边坡的沉降观测等。
对于混凝土水坝，沉降观测主要包括坝体、临时围堰、船闸的沉降观测等。
②水平位移测量。
水平位移测量用来测定变形体在水平方向上的移动。
用于水平位移测量的技术方法包括地面测量方法、数字近景摄影测量方法、GNSS 技术及专用测量方法（如视准线、激光准直法）、三维激光扫描法等。
对于工业与民用建筑，水平位移测量主要包括支护边坡和建筑主体的水平位移测量。
对于桥梁，水平位移测量主要包括桥面、桥梁两岸边坡的水平位移测量。
对于混凝土水坝，水平位移测量主要包括坝体、临时围堰、滑坡等的水平位移测量。
此外，位移测量也包括建筑裂缝观测、扰度观测、收敛测量等。
其中裂缝观测比较简单，主要是观测裂缝的长度、宽度、深度随时间变化的情况；扰度观测可通过观测不同位置相对于底部的水平位移来计算或使用扰度计、位移传感器等来观测；收敛测量是指对井巷表面两点间的相对变形和变形规律的量测。
如检测巷道顶底板
或两侧移近量等，以此判断围岩的稳定状况或确定二次支护的时间，收敛测量一般采用各种收敛计进行。
③倾斜测量。
是各种高层建（构）筑物变形监测的主要内容之一。
倾斜测量分为相对于水平面的倾斜测量和相对于垂直面的倾斜测量两类。
相对于水平面的倾斜（如基础倾斜）可通过测定两点间的相对沉降来确定，可用的方法有水准测量方法、液体静力测量方法和倾斜仪测量方法。
水准测量方法原理是用水准仪测出两个观测点之间的相对沉降，由相对沉降与两点间距离之比计算出两点间的平均倾斜值。
倾斜仪测量方法是在高层建（构）筑物结构的不同高度放置倾斜仪，测定该建（构）筑物的倾斜情况。
常用的倾斜仪有水准管式倾斜仪、气泡式倾斜仪和电子倾斜仪。
相对于垂直面倾斜测量（如建筑主体倾斜）的关键是测定建筑顶部中心相对于底部中心或各层中心相对于下层中心的水平位移矢量。
建筑倾斜观测的基本原理大都是测出建筑顶部中心相对于底部中心的水平偏差来推算倾斜角，常用倾斜度来表示。
测量的方法有投点法、测水平角法、前方交会法、激光铅直仪观测法、激光位移计法和正、倒垂线法等。
④动态变形监测。
通常是测量变形体在日照、风荷、振动等动荷载作用下而产生的变形。
动态变形监测应测定其一定时间段内的瞬时变形量，计算变形特征参数，分析变形规律。
动态变形的观测点应选在变形体受动荷载作用最敏感并能稳定牢固地安置传感器、接收靶和反光镜等照准目标的位置上。
动态变形监测的精度应根据变形速率、变形幅度、测量要求和经济因素来确定。
动态变形监测方法的选择可根据变形体的类型、变形速率、变形周期特征和测定精度要求等确定，并要符合下列规定：
a)对于精度要求高、变形周期长、变形速率小的动态变形监测，可采用全站仪自动跟踪测量或激光测量、3D激光扫描仪方法等方法；
b)对于精度要求低、变形周期短、变形速率大的建筑，可采用位移传感器、加速度传感器、GNSS动态实时差分测量等方法；
c) 当变形频率小时，可采用数字近景摄影测量方法。
⑤地面形变测量。
地面变形测量主要包括地面沉降、地震形变监测、基坑变形等。
目前，地面形变测量采用的主要方法有水准测量、GNSS、InSAR、3D激光扫描方法等。