资源描述
,#,目,录,3.1,工程测量概述,3.2,工程控制网建立,3.3,工程地形图测绘,概述,控制测量,规划测量,3.4,城乡规划与建筑工程测量,3.5,线路与桥梁、水利、市政工程测量,3.6,矿山与隧道工程测量,3.7,地下管线测量,施工测量,竣工测量,变形监测,3.8,工程竣工测量,3.9,变形与形变监测,3.10,精密工程测量,3.9.1,概述,3.9.2,变形监测方案设计,3.9.3,变形监测方法,3.9.4,变形监测实施,3.9.5,质量控制与成果归档,3.9.1,概述,一、变形与形变监测,（,1,）变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变,形变,-,变形体自身的形变（伸缩、错动、弯曲和扭转）,变形,-,变形体的刚体位移（整体平移、整体转动、整体升降和整体倾斜）,（,2,）变形监测：利用测量仪器或专用仪器对变形体的变化状况进行监视、监测的,测量工作。,（,3,）变形监测目的：,变形监测工作：获得变形体的空间位置随时间变化的特征,变形的物理解释：解释变形的原因,一、变形与形变监测,（,4,）形变监测：指对地壳或地面的水平和垂直运动所进行的变形监测工作,目的,-,监测地震前兆或评价区域构造的稳定性,（,5,）变形监测是通过测量位于变形体上有代表性的离散点（变形观测点）的变化,来描述变形体的变形,分类：静态变形监测（通过,周期,观测得到）,动态变形监测（通过,持续,监测得到）,二、变形监测对象,变形体：城市、工矿区等,地面,沉降监测（地面形变监测）；工程,建筑物,三维变形,监测、滑坡体,滑动,监测。最具代表性的变形体主要有,高层,建筑、,大坝,、,桥梁,、,隧道,、,边坡,、,矿区地表,三、变形监测特点,（,1,）,重复观测,：重复观测，观测方案一致,（,2,）,精度要求较高,：典型精度,1mm,或相对精度,10,-6,（,3,）,测量方法综合应用,：综合利用地面测量、空间测量、摄影测量、激光雷达,技术及专门测量手段，达到取长补短、相互校核,（,4,）,数据处理要求严密,：需要多学科知识的交叉配合，才能对变形体进行合理,的几何分析和物理解释,四、变形监测内容,几何,监测：,水平位移,-,变形监测点在水平面上的变动,垂直位移,-,变形监测点在铅直线方向上的变动,偏距,-,某一特定方向的位移,倾斜,-,换算成水平或垂直位移分量，通过水平或垂直位移测量得到,挠度,-,某一特定方向的位移,弯曲,、,扭转,、,震动,、,裂缝,物理,监测：,应力,、,应变,、,温度,、,气压,、,水位、渗流,、,渗压,、,扬压力,3.9.2,变形监测方案设计,一、基本技术要求,1.,设计要求,（,1,）收集资料：地质和水文资料、工程设计图纸,（,2,）变形监测方案设计：,变形体特点、变形类型、目的、任务、测区条件,（,3,）确定监测精度、监测方法、监测基准网精度估算和布设、观测周期、项目,预警值、使用的仪器设备等内容,（,4,）坐标系统和高程基准：国家坐标系统和高程基准、测区原有的，假定坐标,系统（较小规模）,变形监测网一般进行顾及精度、可靠性、灵敏度及费用准则的优化设计,一、基本技术要求,2.,观测要求：,（,1,）在较短时间内完成,（,2,）采用相同观测路线和观测方法,（,3,）使用同一仪器和设备,（,4,）观测人员相对固定,（,5,）记录相关的环境因素，包括荷载、温度、降水、水位,（,6,）,采用统一基准处理数据,一、基本技术要求,4.,预警要求：当数据结果出现以下情况下，要通知建设单位和施工单位采取相应措施,（,1,）变形量达到预警值或接近允许值,（,2,）变形量出现异常变化,（,3,）建筑物的裂缝或地表的裂缝快速扩大,5.,变形分析要求：,（,1,）观测成果的可靠性分析；,（,2,）变形体的累计变形量和两相邻观测周期的相对变形量分析,（,3,）相关影响因素的作用分析,说明：,较小规模的工程，至少包括,前三项内容,（,4,）回归分析,（,5,）有限元分析,二、监测等级与精度,变形监测等级及精度要求取决于变形体设计时确定的,变形允许值大小,和变形,监测的目的,监测目的是为了使变形值不超过变形允许值，从而确保工程安全，则,其变形测量中误差应小于变形允值,1/10,1/20;,如果监测的目的是为了研,究其变形过程，观测精度要求应更高。,说明：,建筑物允许变形值应由设计人员提出,观测人员据此求定变形测量中误差,水平位移监测基准网的主要技术要求,垂直位移监测基准网的主要技术要求,三、监测网点布设,1.,基准点：,变形监测的基准，布设在变形影响,区域外,稳固可靠的位置,点数：至少布设,3,个基准点,水平位移基准点采用,观测墩,，垂直位移基准点宜采用,双金属标,或,钢管标,2.,工作基点：,直接,测定观测点的控制点,，在一个周期监测过程中应保持稳定，可,选在比较稳定且方便使用的位置,工作基点设在工程施工区域内,水平位移监测工作基点宜采用观测墩，垂直位移监测工作基点可采用钢管标。,通视条件好的小型工程可不设工作基点,3.,变形观测点（目标点、变形点、监测点）：,布设在变形体的地基、基础、场地,及上部结构等能反映变形特征的敏感位置,三、监测网点布设,双金属标：,四、变形观测周期,应以能系统地反映变形体的变形过程且不遗漏其变化时刻为原则根据变形体的,变形特征、变形速率、观测精度及外界影响因素等综合确定,变形发生显著变化时，应及时增加观测频率,说明：,监测基准网由基准点和部分工作基点组成，应半年复测一次,建筑变形测量的首次,(,即零周期,),观测应连续进行两次独立观测，,并取观测结果的中数作为变形测量初始值。,3.9.3,变形监测方法,静,常规大地测量,仪器：经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪、测量机器人,态,变,形,观测内容：方向、角度、距离、高差,方法：边角测量、交会法、极坐标法、几何水准测量,应用：变形监测网布设以及周期观测,监,测,GPS,测量,适用范围：场地滑坡三维变形、大坝和桥梁水平位移、地面沉降,特点：精度高、受外界干扰小,合成孔径雷达干,适用范围：地面形变监测,涉测量方法,特点：覆盖范围大，方便迅速；成本低，不需要建立监测网；空间分辨率高，可获,得连续的地表形变信息；全天侯、不受云层及昼夜影响,准直测量方法,水平准直,-,水平基准平行于监测物体，测偏离水平基准线的微距离测量,垂直准直,-,经过基准点的铅垂线，偏离垂直基准线微距离测量,液体静力水准测,原理：静止液面原理传递高程，测两点或多点高差；,量方法,特点：无须通视，实现自动化监测,适用范围：建筑物基础、混凝土坝基础、廊道和土石坝表面的垂直位移观测,特殊监测方法,应变计测量、倾斜仪测量；特点：过程简单、容易实现自动化观测和连续监测、可,提供局部变形,3.9.3,变形监测方法,动,实时动态,态,GPS,测量,变,方法,基准站、流动站、数据链,测定各种工程的动态变,形（风振、日照及动荷,载作用下的变形）,连续性、实时性、自动化,（电台、网络）,形,近景摄影,在变形体周围的稳定点上,安置高精度数码相机，对,变形体进行摄影，然后通,过数字摄影测量处理获得,变形信息,可监测不同形式的变形，,信息量丰富，可获得大量数据；,缓慢、快速或动态的变,形,监,测量,记录各时期状态，后续处理方便；,外业工作量小、效率高、劳动强,度低；,测,观测不需接触被监测体,地面三维,激光扫描,方法,利用地面三维激光扫描系,统以一定间隔对变形体表,面进行扫描，大量采集三,维坐标数据（点云数据），,通过去噪、拟合和建模，,获得变形体的变形信息,信息全面，丰富；,对变形体非接触测量；,便于对变形体进行整体变形研究,3.9.4,变形监测实施,一、变形监测网布设,1.,分级布设：,（,1,）基准网：基准点和工作基点构成,（,2,）监测网：部分基准点、工作基点和变形观测点构成,2.,观测方法：,（,1,）水平位移：三角形图、导线网、,GPS,网、基准线,（,2,）垂直位移：环形水准网,3.9.4,变形监测实施,2.,变形观测,分类,定义,方法,数据处理,沉降观测,测量变形体在垂直方向上的位移,水准测量、液体静力水准测,量、三角高程测量,使用沉降观测成果绘时,间,-,荷载,-,沉降量曲线图,位移观测,测量变形体在水平方向上的移动,地面测量方法、数字近景摄,影测量、,GPS,测量和特殊测,量（视准线、激光准直）,通过水平位移观测成果,可绘制水平位移曲线图,倾,水平面,斜,通过测定两点间的相对沉降来确,定,几何水准测量、液体静力水,准、倾斜仪,观,垂直面,（建筑主,通过顶部中心相对于底部中心，,或某层中心相对于下层中心的水,平位移矢量,投点法、测水平角法、前方,交会法、激光铅直仪观测、,激光位移、正倒垂线法,测,体倾斜）,动态变形观测,测量变形体在日照、风荷、振动,等动荷载作用下产生的变形,地面形变观测,地面沉降观测、地震形变,水准测量、,GPS,测量、雷达,干涉测量（,InSAR,）,3.9.4,变形监测实施,一、沉降观测,1.,工业与民用建筑,（,1,）分类：场地沉降观测（建筑相邻影响范围内的相邻地基沉降和范围外的场,地地面沉降）、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,（,2,）时间：基坑开挖前进行，贯穿于整个施工过程，延续到工程建成后，直到,沉降现象结束,2.,桥梁：桥墩、桥面、索塔沉降观测以及桥梁两岸边坡的沉降,3.,混凝土坝：坝体、临时围堰、船闸沉降观测,一、沉降观测,2.,沉降观测方法：,（,1,）水准测量法,（,2,）液体静力水准测量法,原理：利用液体静力水准仪（相,联结的两容器中盛有均匀液体时，液,体的表面处于同一水平面上，利用两,容器内液面的读数可求得两观测点间,的高差。,h,H,H,(,a,b,),(,a,b,),1,2,1,1,2,2,二、位移观测,工业与民用建筑：支护边坡、建筑主体的水平位移观测,桥梁：桥面、桥梁两岸边坡的水平位移观测,混凝土水坝：坝体、临时围堰、滑坡的水平位移观测,位移观测还有建筑裂缝、挠度观测,位移观测方法：,（,1,）地面测量方法,（,2,）近景摄影测量方法,（,3,）,GPS,测量方法,（,4,）特殊测量方法,二、位移观测,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,一、视准线法,A,、,B,分别为在坝两端所选定的基准线端点。,经纬仪安置在,A,点，觇牌安置在,B,点，则通,过仪器中心的铅直线与,B,点处固定标志中心所,构成的铅直平面,P,即形成基准线法中的基准面。,由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法，,称之为视准线法。,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,一、视准线法,1.,测小角法：利用经纬仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线所夹的微小角度，,计算偏移距离的方法,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,一、视准线法,2.,活动觇牌法：,活动觇牌法是视准线法的另一种方法。观测,点的位移值是直接利用安置于观测点上的活动觇,牌（见图,14.2.13,）直接读数来测算，活动觇牌,读数尺上最小分划为,1mm,，采用游标可以读数,到,0.1mm,。,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,二、激光准直法,1.,激光经纬仪准直法：,（,1,）测量原理：,采用激光经纬仪准直时，活动觇牌法中的觇牌是由中心装有两个半圆的硅光电,池组成的,光电探测器,。两个硅光电池各连接在检流表上，如激光束通过觇牌中心时，,硅光电池左右两半圆上接收相同的激光能量，检流表指针在零位。反之，检流表指,针就偏离零位。这时，移动光电探测器使检流表指针指零，即可在读数尺上读取读,数。为了提高读数精度，通常利用游标卡尺，可读到,0.1mm,。当采用螺旋测微器时，,可直接读到,0.01mm,。,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,二、激光准直法,1.,激光经纬仪准直法：,（,2,）观测方法：,激光经纬仪安置在端点,A,，在另一端,B,上安置光电探测器。将光电探测器的,读数安置在零上，调整经纬仪水平度盘微动螺旋，移动激光束的方向，使在,B,点的,光电探测器的检流表指针指零。这时，基准面即已确定，经纬仪水平度盘就不能再,动。,依次在每个观测点处安置光电探测器，将望远镜的激光束投射到光电探测,器上，移动光束探测器，使检流表指针指零，就可以读取每个观测点相对于基准面,的偏离值。,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,二、激光准直法,2.,波带板激光准直法：,（,1,）测量原理：在基准线两端点,A,、,B,分别安置激光器点光源和探测器。在需,要测定偏离值的观测点,C,上安置波带板。当激光管点燃后，激光器点光源就会发射,出一束激光，照满波带板，通过波带板上不同透光孔的绕射光波之间的相互干涉，,就会在光源和波带板连线的延伸方向线上的某一位置形成一个亮点。利用,B,端的探,测器可以测出在,B,端的偏移距离，由此计算观测点的偏移值。,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,二、激光准直法,2.,波带板激光准直法：,S,（,2,）观测点偏移值计算：,BC,l,c,C,L,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,三,、引张线法,在坝体廊道内，利用一根拉紧的不锈钢所建,立的基准面来测定观测点的偏离值的引张线法，,可以不受旁折光的影响。,1.,引张线装置组成：,（,1,）端点：墩座、夹线装置、滑轮、垂线连接,装置及重锤等部件组成,（,2,）观测点：由浮托装置、标尺、保护箱组成,（,3,）测线（钢丝）,（,4,）测线保护管,特殊测量方法（基准线法）（补充）：,三,、引张线法,2.,引张线读数：,（,1,）一般用读数显微镜读数,（,2,）取钢丝左端和右端读数,的平均值,特殊测量方法（补充）：,四、正倒垂观测：,1.,正垂线观测,（,1,）垂线固定在建筑物上部,（,2,）用于建筑物的挠度和倾斜观测,（,3,）主要测定相对位移,特殊测量方法（补充）：,四、正倒垂观测：,2.,倒垂线观测,（,1,）垂线固定基岩内部,（,2,）用于建筑物的挠度和倾斜观测,（,3,）主要测定绝对位移,三、倾斜观测,1.,相对于水平面的倾斜（建筑基础倾斜）,（,1,）水准测量方法,（,2,）液体静力水准测量法,（,3,）倾斜仪法,2.,相对于垂直面的倾斜（建筑主体）,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,正倒垂线法,倾斜观测方法（补充）：,1.,前方交会法,（,1,）布设基线,A,、,B,（,2,）在,A,、,B,两点架设经纬仪，前方交会观测角,度、计算建筑物顶部坐标,（,3,）前方交会观测角度、计算建筑物底部坐标,（,4,）利用坐标、计算顶部相对于底部的偏移值,（,5,）根据偏移值和建筑物高度计算倾斜度,倾斜观测方法（补充）：,2.,经纬仪投点法,（,1,）经纬仪架设在两个相互垂直的方向，进行交,会投点，将建筑物向外倾斜的一个上部角点投影,至平地。,（,2,）量取其余下部角点的倾斜位移量,、,x,y,则倾斜偏移值：,（,3,）根据建筑物高度可以计算倾斜度,四、,动态变形监测,动态变形测量通常是指测量变形体在日照、风荷、振动等荷载作用下而产生的变形。,变形特点,方法,精度要求高、变形周期长、变形速率小,全站仪自动跟踪测量,激光测量,精度要求低、变形周期短、变形速率大,变形频率小时,位移传感器、加速度传感器、,GPS,动态实时,差分测量,数字近景摄影测量或经纬仪测角前方交会,3.9.4,变形监测实施,3.,数据处理与分析,观测数据处理,：依据测量误差理论和统计检验原理，对获取观测数据及时进行平,差计算和处理，并计算各种变形量,平差计算：基准点为起算点，使用严密平差，剔除含有粗差的观测数据，确保平,差计算所和的观测数据、起算数据准确无误,变形监测网,平差方法,：固定基准的经典平差（间接平差）、拟稳点基准的拟稳平差、,重心基准的秩亏自由网平差,平差结束后，应进行,变形分析,，建立变形模型，对引起变形的原因做出分析和解,释，对变形的发展趋势进行预报,3.9.4,变形监测实施,3.,数据处理与分析,变形物理解释,：,任务：确定变形体的变形和变形原因之间的关系，解释变形原因。,工作：建立变形量与变形因子关系的数学模型，对模型有的效性进行检验和分析,方法：,统计分析,、,确定函数法,（力学模型分析）、,混合模型法,3.9.4,变形监测实施,3.,数据处理与分析,变形几何分析,：,任务：确定变形量的大小、方向及其变化,内容：,基准点稳定性,分析、,观测点变动分析,基准点稳定性,分析,（平均间隙法、卡尔曼滤波法）,通过对周期观测的基准网数据进行检验，筛选出稳定的基准点作为监测网的,固定基准,3.9.5,质量控制与成果归档,1.,变形监测质量控制,监测资料检核,为保证得到正确的分析成果，在观测资料计算分析之前，应对实测资料进行检核，,对监测资料和原始资料进行考证,使用方法：原始记录与变形值计算校核、原始资料的统计分析及原始实测值的逻,辑分析,监测成果质量检验,内容：执行技术设计书、技术标准、政策法规情况；,记录和计算所用软件系统情况；,基准点和变形观测点布设及标石、标志情况；,实际观测情况；,3.9.5,质量控制与成果归档,1.,变形监测质量控制,监测成果质量检验,内容：,执行技术设计书,、,技术标准,、,政策法规,情况；,基准点,和变形,观测点,布设及标石、标志情况；,基准点,稳定性,检测与分析情况；,记录,的,完整,准确性及齐全性；,记录和计算所用,软件系统,情况；,实际,观测情况,；,观测,限差,和,精度统计,情况；,观测,数据,的各项,改正,情况；,计算,过程,的正确性、资料整理的完整性、精度统计和质量评定的合理性；,变形测量,成果,分析的合理性；提交成果的正确性、可靠性、完整性；,技术总结,内容的完整性、统计数据的准确性及结论的可靠性、成果签署的完整性和符合性,3.9.5,质量控制与成果归档,2.,变形监测成果归档,观测资料整理：,变形监测自动或人工采用的各种原始观测资料应进行汇集、审核、整理、编,排，使之集中、系统化、规格化和图表化，并刊印成册。,资料整理过程：,收集资料,-,审核资料,-,填表,-,绘图及编写成果说明,监测成果表达,:,变形监测的成果主要采用文字、表格和图形等形式进行表达，也可采用多媒,体技术、仿真技术、虚拟现实技术进行表达,成果归档,技术设计书、技术总结书；变形监测,网点,分布图；变形,观测、计算,资料；变形,曲线图,、成果,表；变形,分析,、,预报,资料；仪器,检定,和检校资料；,检查,报告，,验收,报告,
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