岩土工程监测79354课件

岩土工程监测丁万涛1整理ppt主要内容v绪论v测试技术基础知识v岩土的原位测试技术v基坑工程中的岩土工程问题监测v地下工程中的岩土工程问题监测v边坡工程中的岩土工程问题监测v地基加固的检验与检测v桩基础的测试与检测2整理ppt第一章 绪 论v本课程的目的和意义v本课程在岩土工程中的地位与作用v岩土工程测试、检测及监测技术简介v岩土工程测试与检测技术的现状与展望3整理ppt1.1 本课程的目的和意义v岩土工程是利用土力学、岩体力学及工程地质学的理论和方法，为研究各类土建工程中涉及岩土体的利用、整治和改造问题而进行的系统工作。v岩土力学理论要变为工程现实，需要相应的测试手段。v岩土工程设计、施工，试验工作非常重要，它是学科理论研究与发展的基础。4整理ppt1.2本课程在岩土工程中的地位与作用v岩土力学在一定意义上讲就是一门试验力学，试验是土力学发展的基础。v岩土体的复杂性使前期勘察与试验结果存在着一定的不确定性，在岩土工程施工过程中还必须通过现场监测与检测，以确保岩土工程的安全性。v岩土工程测试技术不仅在工程实践中十分重要，而且在学科理论的研究与发展中也起着决定性作用。5整理ppt监测与检测的重要性v保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。v在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善，便于总结工作经验和形成新的认识。v依据监测结果，利用反演分析的方法，求出能使理论分析与实测基本一致的工程参数。6整理ppt1.3 岩土工程测试、检测及监测技术简介v岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学试验、原位测试、原型试验和现场监测等。v室内土工试验：观测判别试验、物理性质试验、化学性质试验和力学性质试验等。v岩体力学试验：常规力学指标和岩体变形与破坏机理的分析与研究。v原位测试：基本保持被测试岩土体的结构、含水量及应力状态不变的条件下测定其基本物理力学性能。7整理ppt1.3.1 原位测试v获取设计参数的原位试验；v提供施工控制和反演分析参数的原位检测。v优点：1、避开取土样困难，测定难以采取不扰动试样土层的工程性质；2、在原位应力条件下试验，避免采用过程中应力释放的影响；3、试验的岩土体体积较大，代表性强；4、工作效率较高，可大大缩短勘探试验的周期。8整理ppt1.3.1 原位测试v缺点1、各种原位测试都有其针对性和适用条件；2、原位测试所得参数与土的工程性质间的关系往往建立在统计关系上；3、影响原位测试成果的因素较为复杂（如周围的应力场、排水条件和施工过程对测试环境的干扰等），使得对测定值的准确判定造成一定的困难；4、原位测试中的主应力方向与实际岩土工程问题中多变的主应力方向往往并不一致。9整理ppt1.3.2 原型试验v原型试验以实际地下结构物为对象在现场地质条件下按设计荷载条件进行试验，其试验结果具有直观、可靠等优点，主要有桩基试验、锚杆试验等；v通过原型试验可以进一步验证工程勘察结果和设计结果的正确性与可靠性。10整理ppt1.3.3 现场监测v以以实际实际工程作工程作为对为对象，在施工期及工后期象，在施工期及工后期对对整个岩土体和地下整个岩土体和地下结结构以及构以及周周围环围环境，于事先境，于事先设设定的点位上，按定的点位上，按设设定的定的时间间时间间隔隔进进行行应应力和力和变变形形现现场观测场观测。v目的：目的：1、检验检验岩土工程施工岩土工程施工质质量是否量是否满满足岩土工程足岩土工程设计设计和有关和有关规规程、程、规规范的要求；范的要求；2、指、指导导岩土工程的施工方法、流程和施工岩土工程的施工方法、流程和施工进进度，通度，通过过岩土工程岩土工程监测监测反反馈馈分分析岩土工程析岩土工程设计设计与施工是否合理，并与施工是否合理，并为为后后续设计续设计与施工方案提供与施工方案提供优优化意化意见见；3、检测检测岩土工程施工岩土工程施工对环对环境的影响，境的影响，验证验证岩土工程施工防岩土工程施工防护护措施的效果；措施的效果；4、及、及时发现时发现和和预报预报岩土工程施工岩土工程施工过过程中所出程中所出现现的异常情况、防止岩土工程的异常情况、防止岩土工程施工事故，保障岩土工程施工安全；施工事故，保障岩土工程施工安全；5、提供定量的岩土工程、提供定量的岩土工程质质量事故量事故鉴鉴定依据；定依据；6、为为建（构）筑物的竣工建（构）筑物的竣工验验收提供所需的收提供所需的监测资监测资料。料。11整理ppt1.3.3 现场监测v现场监测工作的主要内容：1、对岩土所受到的施工作用、各类荷载的大小以及在这些荷载作用下岩土反应性状的监测；2、对建设中或运营中结构物的监测；3、监测岩土工程在施工及运营过程中对周围环境的影响。12整理ppt1.4 岩土工程测试与检测技术的现状与展望v现状：1、手段单一2、结果缺乏合理的解释3、管理制度不健全4、人员培训不及时v采取相应措施：1、建立健全行业管理制度，提高工作人员素质2、增强对从事岩土工程工作的单位考核与管理，提高人员培训与考核3、加强岩土工程各个环节的控制，增强对检测、测试环节的阶段验收和最终评判13整理pptv展望：1、取样技术标准化2、新仪器新方法的开发3、工程地球物理探测4、现场测试、室内试验、理论预测和数值反分析及其再预测的有机结合与循环14整理ppt第二章 测试技术基础知识v测试：信息采集，获取测试数据；以确定量值为目的的一系列操作。v测试系统：传感技术的实体，传感器与多台仪表的组合。15整理ppt2.1.1 测试v将测试值与同种性质的标准量进行比较，确定被测试值对标准量的倍数。16整理ppt2.1.2 测试系统v测试系统：传感器与测试仪表、变换装置等的有机组合。v传感器：感受被测试的大小并输出相对应的可用输出信号的器件或装置。v数据传输环节：传输数据。v数据处理环节：信号处理和变换。v数据显示环节：被测试信息变成人感官能接受的形式，以完成监视、控制或分析的目的。17整理ppt2.2 传感器的基本特性v传传感器：敏感元件、感器：敏感元件、转换转换元件和元件和测试电测试电路。路。v传传感器性能感器性能评评价：静价：静态态特性和特性和动态动态特性。特性。v静静态态特性：当被特性：当被测测量的各个量的各个值处值处于于稳稳定状定状态时态时，传传感器的感器的输输出出值值与与输输入入值值之之间间的关系数学表达式、曲的关系数学表达式、曲线线或数表。或数表。v动态动态特性：当被特性：当被测测量量值值随随时间变时间变化化时时，传传感器的感器的输输出出值值与与输输入入值值之之间间关系的数学表达式、曲关系的数学表达式、曲线线或数表。或数表。18整理ppt2.2.1 传感器的静态特性参数指标v主要指主要指标标：灵敏度、：灵敏度、线线性度（直性度（直线线度）和回度）和回程程误误差（差（迟迟滞性）滞性）灵敏度（）：灵敏度（）：稳态时传稳态时传感器感器输输出量出量Y和和输输入量入量X之比，或之比，或输输出量出量Y的的增量和增量和输输入量入量X的增量之比。的增量之比。19整理pptv线性度（非线性误差）传传感器的感器的输输出出-输输入校准曲入校准曲线线与理与理论拟论拟合曲合曲线线之之间间的最大偏差与的最大偏差与传传感器感器满满量程量程输输出之比。出之比。v理想的传感器输出与输入呈线性关系。线性度是评价非线性程度的参数。20整理pptv回程误差（迟滞性）输输入逐入逐渐渐增加到某一增加到某一值值与与输输入逐入逐渐渐减小到同一减小到同一输输入入值时值时的的输输出出值值不相等，叫不相等，叫迟迟滞滞现现象。象。迟迟滞差：滞差：对对于同一于同一输输入入值值所得到的两个所得到的两个输输出出值值之之间间的最大差的最大差值值hmax与量程与量程A的比的比值值的百分率。的百分率。21整理pptv分辨力分辨力：传感器能检测到的最小输入增量。在输入零点附近的分辨力称为阀值。v测测量范量范围围和量程和量程：在允许误差限内，被测量值的下限与上限之间的范围。v重复性重复性：传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出-输入曲线的不一致程度。v零漂零漂：传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输出值偏离原始值的最大偏差与满量程的百分比。v温漂温漂：温度每升高1度，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比。22整理ppt2.2.2 传感器的动态特性v通常根据正弦变化与阶跃变化两种标准输入来考察传感器的响应特性。v建立数学模型来分析和处理传感器的动态响应。v线性系统的动态响应，广泛使用的数学模型是普通线性常系数微分方程。23整理ppt2.3 常用传感器的类型和工作原理v变换原理：电阻式、电容式、差动变压器式、光电式等。v被测量的物理量：位移传感器、压力传感器、速度传感器。24整理ppt2.3.1 差动电阻式传感器（卡（卡尔尔逊逊式式仪仪器）器）v组成：两根弹性钢丝作为传感元件，一根受拉，一根受压。v钢丝特性之一环境变量变化，钢丝电阻值反向变化，两个元件的电阻值比值，测出物理量的数值。当钢丝受到拉力作用而产生弹性变形，其变形与电阻变化之间关系：25整理pptv钢丝特性之二 钢丝电阻随其温度变化之间的近似线性关系：26整理pptv工作原理：仪器受力变形，钢丝电阻产生差动变化，一根受拉，电阻增加，一根受压，电阻减少，两个钢丝的串联电阻不变而电阻比R1/R2发生变化，得到钢丝电阻比值，就得到仪器的变形或应力；温度改变时，钢丝电阻变化是同方向的，温度升高时，两根钢丝的电阻都减少。获得钢丝的串联电阻，就可求得仪器测点位置的稳定。27整理pptv差动式应变计：灵敏度较高，性能稳定，耐久性好28整理ppt2.3.2 钢弦频率式传感器v组成：一根金属丝弦（高弹性弹簧钢、马氏不锈钢或钨钢）v工作原理：利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系式测各种物理量。v钢弦式仪器是根据钢弦张紧力与谐振频率成单值函数关系设计而成的；关系式如下：29整理ppt压压力盒力盒计计算公式算公式30整理ppt钢钢弦弦传传感器的种感器的种类类v钢弦式应变计、钢弦式土压力盒、钢筋应力计等。31整理ppt32整理pptv特点结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试方便。不受接触电阻、外界电磁场影响，性能较稳定，耐久性能好。33整理ppt2.4 监测仪器的选择和标定v监测仪器和元件的选择v岩土工程监测仪器的质量标准v监测仪器的适用范围及使用条件v仪器和传感器的标定34整理ppt2.4.1 监测仪器和元件的选择v选取要求：仪器的技术性能、仪器埋设条件、仪器测读的方式和仪器的经济性v仪器技术性能方面仪仪器的可靠性（器的可靠性（光学、机械、光学、机械、电电子子设备设备等等）仪仪器使用寿命（器使用寿命（仪仪器工作寿命大于或等于工程使用年限器工作寿命大于或等于工程使用年限）仪仪器的器的坚坚固性和可固性和可维护维护性（性（容易容易标标定、修复或置定、修复或置换换）仪仪器的精度（器的精度（精度精度满满足足监测监测数据要求即可数据要求即可）灵敏度和量程（灵敏度和量程（高灵敏度、大量程高灵敏度、大量程）35整理pptv仪器埋设条件方面仪仪器器选选型型时时，应应考考虑虑其埋其埋设设条件（条件（性能保性能保证证下，下，选择选择易埋易埋设设）施工施工仪仪器和埋器和埋设设条件不同，条件不同，选择选择不同不同仪仪器。器。v仪器选择经济方面技技术术要求要求满满足条件下，足条件下，选择选择最最经济经济的（的（仪仪器器购购置、置、损损耗及埋耗及埋设费设费用用）v仪器测读方式方面根据根据测测量工作量量工作量选择选择不同的不同的测读测读方式的方式的仪仪器器对对于能形成于能形成监测监测网并能网并能联联网网监测监测的工程，的工程，仪仪器器选选型型时应时应根据根据监测监测系系统统统统一的一的测读测读方式方式选择仪选择仪器器36整理ppt2.4.2 岩土工程监测仪器的质量标准v可靠性和稳定性仪器在设计规定的运行条件和运行时间内，检测元件、转换装置和测读仪器、仪表保持原有技术性能的程度。v准确度和精度准确度：测量结果与真值偏离的程度，系统误差的大小是准确度的标志。精度：在相同条件下测量同一个量所得结果重复一致的程度。v灵敏度和分辨力灵敏度：输入量（被测信号）与输出量的比值分辨力：灵敏度的倒数，灵敏度越高，分辨力越强，传感器检测出的输入量变化越小。37整理ppt2.4.3监测仪器的适用范围及使用条件v变形观测仪器经纬仪、水准仪、全站仪、电子测距仪或激光准直仪。位移计、测缝计、倾斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、多点位移计和应变计等v压力（应力）观测仪器土压力计、孔隙压力计、钢筋内力计等v其他观测仪器温度计、速度计、加速度计、动水压力计等38整理ppt2.4.4 仪器和传感器的标定v标标定：定：利用精度高一利用精度高一级级的的标标准器具准器具对传对传感器感器进进行定度的行定度的过过程，从而确定其程，从而确定其输输出量与出量与输输入量之入量之间间的的对应对应关系，同关系，同时时也确也确定不同使用条件下的定不同使用条件下的误误差关系。差关系。v标定方法：利用利用标标准准设备产设备产生已知生已知“标标准准”输输入量，或用入量，或用标标准准传传感器感器检测输检测输入量的入量的标标准准值值，输输入待入待标标定的定的传传感器，并将感器，并将传传感器的感器的输输出量与出量与输输入入标标准量相比准量相比较较，获获得校准数据和得校准数据和输输入入输输出曲出曲线线，动态动态响响应应曲曲线线等，由此分析等，由此分析计计算而得到被算而得到被标传标传感感器的技器的技术术性能参数。性能参数。v标定类型：静静态标态标定和定和动态标动态标定定39整理pptv静态标定将将传传感器感器测测量范量范围围分成若干等分成若干等间间距点；距点；根据根据传传感器量程分点情况，感器量程分点情况，输输入量由小到大逐入量由小到大逐渐变渐变化，并化，并记记录录各各输输入入输输出出值值；将将输输入入值值由大到小逐点减少下来，同由大到小逐点减少下来，同时记录时记录下与各下与各输输入入值值相相对应对应的的输输出出值值；重复上述两步，重复上述两步，对传对传感器感器进进行正反形成多次重复行正反形成多次重复测测量，将得量，将得到的到的测测量数据用表格列出或量数据用表格列出或绘绘制曲制曲线线；进进行行测测量数据量数据处处理，根据理，根据处处理理结结果确定果确定传传感器的静感器的静态态特性指特性指标标。40整理pptv动态标定v用用标标准信号激励准信号激励标标定参数，得到激励后定参数，得到激励后传传感器的感器的输输出信号，出信号，分析分析计计算、算、处处理数据，决定理数据，决定标标定的定的频频率特性，即幅率特性，即幅频频特性、特性、阻尼和阻尼和动态动态灵敏度等。灵敏度等。41整理ppt