變形監(jiān)測1

1、現(xiàn)代變形監(jiān)測技術(shù)（大壩變形觀測）,任課教師：高 飛,合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,非測繪工程專業(yè),變形監(jiān)測,課程性質(zhì)：土木、水利專業(yè)選修課學(xué)時數(shù)：24 學(xué)時（20+4）教材及主要參考書 1.《工程測量學(xué)》第三版，測繪出版社 2.《工程測量學(xué)》張正祿，武漢大學(xué)出版社 3.《變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理》黃聲享，武漢大學(xué)出版社 4.《變形監(jiān)測理論與應(yīng)用》侯建國，測繪出版社 5.《建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測》高飛，合肥

2、工大講義,本課程主要內(nèi)容,變形監(jiān)測,第一章 變形測量概述（教材第9章）第二章 垂直位移與水平位移觀測（教材第10章）第三章 變形觀測新技術(shù)（教材第11章）第四章 變形觀測數(shù)據(jù)處理（教材第12章） 第五章 變形觀測工程實例（教材第13章）第六章 工業(yè)設(shè)備形位檢測（教材第14章）,第一章 變形監(jiān)測概述第二章 垂直位移與水平位移觀測第三章 變形監(jiān)測新技術(shù)與工程實例第四章 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ),本課程主要內(nèi)容

3、,變形監(jiān)測,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容 §1.2 變形監(jiān)測的特點 §1.3 變形監(jiān)測技術(shù)和方法 §1.4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,第1章 變形監(jiān)測概述,變形監(jiān)測,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,一、變形與變形監(jiān)測 工程建（構(gòu)）筑物的變形監(jiān)測，在我國還是一門比較年輕的科學(xué)。它是隨著我國建設(shè)事業(yè)的發(fā)展而興起的，并向著多學(xué)科融合的邊緣科學(xué)方向發(fā)展。,●高

4、層（超高層）民用建筑物,●大型水工建筑物——大壩,●交通建（構(gòu)）筑物——大型橋梁,●工業(yè)建筑群 （如上海寶鋼、核電站等）,●現(xiàn)代科學(xué)試驗設(shè)備——高科技,變形監(jiān)測,例如：上海金貿(mào)大廈——高420.5m、88層；深圳地王大廈——高324.8m；大型電視塔——北京\上海\天津等；上海環(huán)球金融中心——101層，高度達492m。,●高層（超高層）民用建筑物,變形監(jiān)測,上海金貿(mào)大廈,高420.5 m88層鋼-混結(jié)構(gòu)建成于1998年,,

5、,,變形監(jiān)測,深圳地王大廈,高324.8m(塔頂高384m)69層鋼-混結(jié)構(gòu)建成于1996年,,變形監(jiān)測,高380m(天線頂部405m)建成于1997年,北京中央廣播電視塔,變形監(jiān)測,1.阿拉伯聯(lián)合酋長國——迪拜塔828米2.廣州電視塔600米；3.加拿大多倫多電視塔為553米；4.莫斯科奧斯坦基諾電視塔為540米；5.上海東方明珠電視塔為468米；6.吉隆坡梅納拉電視塔為421米；7.天津電視塔為415米；8

6、.北京中央廣播電視塔為405米,世界八大高塔,變形監(jiān)測,哈利法塔（Burj Khalifa Tower）原名迪拜塔（Burj Dubai），位于阿拉伯聯(lián)合酋長國。 2004年9月21日開始動工，2010年1月4日竣工啟用，耗資10億美元。168層，鋼混結(jié)構(gòu)總高828米=601+227米,阿拉伯聯(lián)合酋長國——迪拜塔,于2009年9月竣工，廣州電視觀光塔整體高度達到600米，取代加拿大的西恩塔成為世界第一高自立式電視塔。 其中

7、塔身主體450米(塔頂觀光平臺最高處454米)，天線桅桿150米，總高度600米。,廣州塔（小蠻腰）,上海廣播電視塔(東方明珠)總高度468米(118米+350米)建成于1994年10月,,上海環(huán)球金融中心,高492m，101層鋼-混結(jié)構(gòu)2008年建成,,武漢長江大橋,南京長江大橋,1957,1968,九江長江大橋,潤揚長江大橋,變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,,,蕪湖長江大橋,安徽省蕪湖市的蕪湖長江大橋，全長10616米，是目前中國最長

8、的公鐵兩用橋?？缃鳂蜷L2193米，大橋主跨312米，是我國迄今為止公鐵兩用橋中跨度最大的橋梁,銅陵長江大橋,安慶長江大橋,變形監(jiān)測,馬鞍山長江大橋,馬鞍山長江大橋全長約36.274公里。 其中跨江主體工程長11.209公里，南岸接線長19.320公里，北岸接線5.745公里，項目總投資約70.78億元。 2013年12月31日投入使用。,港珠澳大橋,,,,,萬里長江第一壩——葛洲壩,變形監(jiān)測,葛洲壩發(fā)電廠房與泄洪閘,,長江三峽

9、水電樞紐——三峽大壩全景,長江三峽水電樞紐——三峽大壩衛(wèi)星影像圖,安徽佛子嶺水電大壩——新中國第一壩,,始建于1952年建成于1954年,2005年國家投資1.66億對其進行檢測加固,安徽金寨梅山水電大壩,利用全自動全站儀進行大壩監(jiān)測,利用近景攝影測量方法進行大壩監(jiān)測,,,浙江秦山核電站,,北京正負電子對撞機,中國科技大學(xué)同步輻射加速器,變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理,中科院合肥等離子研究所——托特馬克裝置（用于等

10、離子研究的核聚變裝置）,變形監(jiān)測,巨型對天射電望遠鏡,1963年美國安裝在波多黎各的阿雷西博射電天文臺的著名拋物面射電望遠鏡 (直徑305米),500米口徑球面射電望遠鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST),當(dāng)變形值在一定限度之內(nèi)時，可認為是正?，F(xiàn)象，如果超過了規(guī)定的限度，就會影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重時還會危及建筑物的安全和人民生命財產(chǎn)的安全。 因此

11、，在工程建（構(gòu)）筑物的施工、使用和運營期間，必須對它們進行必要的變形監(jiān)測。,一、變形與變形監(jiān)測,變形 由于各種相關(guān)因素的影響，這些工程建筑物及精密設(shè)備都有可能隨時間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂縫等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為變形。,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,變形監(jiān)測——包括內(nèi)部監(jiān)測和外部監(jiān)測兩部分。 內(nèi)部變形監(jiān)測內(nèi)容主要有工程建筑物的內(nèi)部應(yīng)力、溫度變化的測量，動力特性及其加速度的測定等；

12、外部變形監(jiān)測又稱變形觀測，其主要內(nèi)容有建（構(gòu)）筑物的沉降觀測、位移觀測、傾斜觀測、裂縫觀測、撓度觀測等。 工程建筑物的內(nèi)外部變形觀測之間有著密切的聯(lián)系，一般應(yīng)同時進行，以便互相驗證和補充。,一、變形與變形監(jiān)測,所謂變形監(jiān)測，就是利用專門的儀器和設(shè)備測定建（構(gòu)）筑物及其地基在建（構(gòu)）筑物荷載和外力作用下隨時間而變形的測量工作。,一、變形與變形監(jiān)測,從廣義上說，變形監(jiān)測的研究范圍應(yīng)包括：（1）全球性變形測量：研究地極移動、地球自轉(zhuǎn)速度

13、以及地殼板塊運動等變形測量工作。（2）區(qū)域性變形測量：研究同一地殼板塊范圍內(nèi)的變形狀態(tài)，以及相鄰板塊交界處的相對變形測量工作。（3）局部性變形測量：研究工程建（構(gòu)）筑物的變形、基坑或山體滑坡變形、地表沉陷變形，以及工業(yè)設(shè)備構(gòu)件的形位變形監(jiān)測等 ——是本課程學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容。,二、變形產(chǎn)生的原因與類型1.變形產(chǎn)生的原因,(1) 自然條件及其變化 建筑物地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、大氣溫度的變化，以及相鄰建筑

14、物的影響等。 例如，由于地基下的地質(zhì)條件不同會引起建筑物的不均勻沉降，使其產(chǎn)生傾斜或裂縫；由于溫度和地下水位的季節(jié)性和周期性的變化，而引起建筑物的規(guī)律性變形；新建的相鄰大型建筑物改變了原有建筑物周邊的土壤平衡，使地面產(chǎn)生不均勻沉降甚至出現(xiàn)地面裂縫，從而給原有建筑物造成危害等。,(2) 與建筑物本身相聯(lián)系的原因 如建筑物本身的荷重、建筑物的結(jié)構(gòu)、形式以及動荷載的作用、工藝設(shè)備的重量等。,二、變形產(chǎn)生的原因與類型1.變形產(chǎn)生的原因

15、,(1) 自然條件及其變化 （地質(zhì)、水文、氣象、相鄰建筑物的影響）,(2) 與建筑物本身相聯(lián)系的原因 （結(jié)構(gòu)形式、本身荷重、動態(tài)荷載）,此外，由于勘測、設(shè)計、施工以及運營管理方面的工作缺陷，還會引起建筑物產(chǎn)生額外變形。 通常，這些大型建（構(gòu)）筑物變形的原因都是互相聯(lián)系的，并貫穿于建（構(gòu)）筑物的施工和運營管理階段。,二、變形產(chǎn)生的原因與類型2.變形的類型,(1)按變形性質(zhì)可以分為周期性變形和瞬時變形,(2)按變形

16、狀態(tài)則可分為靜態(tài)變形和動態(tài)變形,靜態(tài)變形: 是指變形監(jiān)測結(jié)果僅表示為時間的函數(shù)； 動態(tài)變形 是指在外力作用下產(chǎn)生的變形，它是以外力為函數(shù)來表示的動態(tài)系統(tǒng)對于時間的變化，其觀測結(jié)果是表示建筑物在某個時刻的瞬時變形。,是周期性地對擬定的觀測點進行重復(fù)觀測，求得其在兩個觀測周期間的變化量；或采用自動遙測記錄儀監(jiān)測建（構(gòu)）筑物的瞬時變形。,三、變形監(jiān)測的主要任務(wù),至于變形觀測的具體方法，則要根據(jù)建（構(gòu)）筑物的性質(zhì)、觀測精度、周圍

17、的環(huán)境以及對觀測的要求來選定，這將在以后各章節(jié)中詳細介紹。,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,四、變形監(jiān)測的目的和意義(一)變形監(jiān)測的意義,根據(jù)前面的分析可知，建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生變形的因素是多方面的，而且多數(shù)變形由客觀自然條件及其變化所造成，因此建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生變形是不可避免的。 當(dāng)建筑物在施工和運營理過程中，產(chǎn)生不利于建筑物穩(wěn)定的變化因素時，變形就必然要發(fā)生。 當(dāng)變形值超過允許的限值，建筑物就可能出現(xiàn)危

18、險甚至破壞，給人民的生命財產(chǎn)造成極大的損失。,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,1.國外出現(xiàn)的典型實例 (1)法國馬爾巴塞大壩（Malpasset），這座高67m的拱壩建成5年后，于1959年12月倒塌，其下游10km處的費雷加斯城在45分鐘內(nèi)被滾滾而下的洪水夷為平地。 (2)意大利262m高的瓦依昂（Vajont）拱壩1963年因上游庫岸大滑坡，導(dǎo)致涌浪翻壩且水庫淤滿而失效。,四、變形監(jiān)測的目

19、的和意義,四、變形監(jiān)測的目的和意義,2.國內(nèi)出現(xiàn)的典型實例 (1)我國板橋和石漫灘兩座土壩1975年洪水破壩失事，造成災(zāi)害。 (2)在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅樓因其旁邊（僅相隔1m多）新建高層建筑物的影響，造成地面開裂，該6層住宅樓發(fā)生嚴(yán)重傾斜，其頂部靠向新建高層建筑成為危房而拆除。 (3)由于地下水位的嚴(yán)重下降，某大城市建于上世紀(jì)初的一棟大型建筑，原來的一樓下沉為地下室。,四、變形監(jiān)測的目的和意義,2.國內(nèi)

20、出現(xiàn)的典型實例 (4)多起橋梁的倒塌事故給國家和地方造成了巨大的損失。 (5)2007年11月20日湖北省恩施市高陽寨隧道崩塌，證實31人死亡、1人失蹤。08年杭州地鐵塌陷、09年合肥四牌樓道路下穿工程塌陷等。 (6)2007年11月24日下午3點山西省侯馬市西客站候車大廳舉行封頂?shù)涠Y，25日凌晨1點倒塌。,為此，對于大型建（構(gòu)）筑物的災(zāi)害變形監(jiān)測與防治已越來越受到全社會的普遍關(guān)注和重視。 經(jīng)過20多年的

21、努力，廣大測量科技工作者和工程技術(shù)人員在變形監(jiān)測領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果，并發(fā)揮了巨大的社會效益。,四、變形監(jiān)測的目的和意義,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,例一:,四、變形監(jiān)測的目的和意義,1985年6月12日長江三峽新灘大滑坡的成功預(yù)報，確保災(zāi)害損失減少到最低限度。 它不僅使滑坡區(qū)內(nèi)457戶計1371人在滑坡前夕全部安全撤離，無一人傷亡，而且使正在險區(qū)長江上、下游航行的11艘船只及時避險。 為

22、國家減少直接經(jīng)濟損失8700萬元，被譽為我國滑坡變形監(jiān)測預(yù)報研究史上的奇跡。,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,例二:,四、變形監(jiān)測的目的和意義,1998年長江流域大洪水，湖北隔河巖大壩成功利用GPS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)在抗洪錯峰中發(fā)揮了巨大作用，確保了長江安全渡汛，避免了荊江大堤災(zāi)難性的分洪。,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng),隔河巖大壩GPS監(jiān)測系統(tǒng),香港青馬大橋變形監(jiān)測,除了這些

23、為保證大型建（構(gòu)）筑物安全運營所進行的變形監(jiān)測工作以外，還有許多測繪、土木建筑、鐵路、橋梁和水利工程等相關(guān)領(lǐng)域的科研部門為了對新型、高聳或巨型工程建筑物的設(shè)計理論以及古建筑保護進行研究，也開展了大量的變形監(jiān)測工作。,四、變形監(jiān)測的目的和意義 (一)變形監(jiān)測的意義(二)變形監(jiān)測的目的,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,四、變形監(jiān)測的目的和意義(二)變形監(jiān)測的目的,綜上所述，建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測的目的有二：(1)監(jiān)測—

24、—以保證建（構(gòu)）筑物的安全為目的 通過變形觀測取得的資料，可以監(jiān)視工程建筑物的變形的空間狀態(tài)和時間特性；在發(fā)生不正?，F(xiàn)象時，可以及時分析原因，采取措施，防止事故發(fā)生，以保證建（構(gòu)）筑物的安全。（變形的幾何分析）(2)科研——以積累資料、優(yōu)化設(shè)計為目的 通過施工和運營期間對建筑物的觀測，分析研究其資料，可以驗證設(shè)計理論，所采用的各項參數(shù)與施工措施是否合理，為以后改進設(shè)計與施工方法提供依據(jù)。（變形的物理解釋）,由此

25、可見，通過變形監(jiān)測，可以檢查各種工程建筑物及其地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)問題，確保工程質(zhì)量和使用安全； 更好地了解建（構(gòu)）筑物變形的機理，驗證有關(guān)工程設(shè)計的理論和地殼運動的假說，建立正確的變形預(yù)報理論和方法； 以及對某種工程的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝的性能作出科學(xué)的客觀評價。,四、變形監(jiān)測的目的和意義(二)變形監(jiān)測的目的,四、變形監(jiān)測的目的和意義(二)變形監(jiān)測的目的,為了達到此目的，應(yīng)在工程建筑物設(shè)計階

26、段，在調(diào)查建筑物地基承載性能、研究自然因素對建筑變形影響的同時，就著手擬定變形觀測的設(shè)計方案，并將其作為工程建筑物的一項設(shè)計內(nèi)容，以便在施工時，就將觀測標(biāo)志和設(shè)備埋置在設(shè)計位置上，從建筑物開始施工就進行觀測，一直持續(xù)到變形終止為止。,隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，帶動了許多關(guān)系到國計民生的大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。例如: (1)興建了眾所周知的葛洲壩和長江三峽大壩等許多大型水電樞紐工程； (2)已建成或在建中的數(shù)十座長江大

27、橋和跨海大橋，以及高速鐵路的建設(shè)； (3)許多大型工業(yè)廠房分布祖國各地，高層民用建筑和超高層建筑已如雨后春筍般地聳立在大江南北、各大城市。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,上述大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，不僅推動了我國經(jīng)濟建設(shè)和現(xiàn)代化建設(shè)的進一步發(fā)展，使農(nóng)村脫貧致富、工業(yè)逐步強大、城市更加繁榮，也促進了我國在土木、水利、交通設(shè)計和建筑新材料方面的研究、施工技術(shù)和工藝方面的創(chuàng)新等等。

28、 同時，因建（構(gòu)）筑物越來越高、規(guī)模越來越大，為保證這些建（構(gòu)）筑物的安全使用以及設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，對變形監(jiān)測工作也就提出了更高的要求。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,(1)利用常規(guī)測量儀器進行的傳統(tǒng)變形觀測方法；(2)激光準(zhǔn)直；(3)近景攝影測量；(4)各類位移傳感器；(5)數(shù)字水準(zhǔn)儀；(6)全自動電子全站儀（測量機器人）；(7)三維立體激光掃描儀；(8)全球衛(wèi)

29、星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）,1.變形監(jiān)測工作發(fā)展過程,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,利用上述測量新技術(shù),可進行全天候自動變形監(jiān)測，測量儀器和測量手段的不斷更新，新技術(shù)和相關(guān)學(xué)科的不斷融合，使得人們對變形觀測和變形分析的研究也越來越深入。,1.變形監(jiān)測工作發(fā)展過程,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,隨著近年來大型工業(yè)廠房建筑和城市高層、超高層民用建（構(gòu)）筑物的日益增多，這些位于人口密集、

30、城市中心地帶的巨型建筑物，其可能存在的安全隱患，越來越受到各個國家有關(guān)部門的高度重視。,1.變形監(jiān)測工作發(fā)展過程,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,我國為保證這些高層建筑物的安全施工和使用，制定了相應(yīng)的法律和法規(guī)，確保變形監(jiān)測工作納入有序軌道，并貫穿于高層、超高層等大型建（構(gòu)）筑物的勘測、設(shè)計、施工和運營管理的各個階段。 國家建設(shè)部于1998年頒布實施了《建筑變形測量規(guī)程》（中華人民共

31、和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ／T 8－97），進一步規(guī)范了變形觀測工作，使大型建（構(gòu)）筑物的變形監(jiān)測工作有了技術(shù)保障。（2008年修訂、2016年再次修訂）,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.1 變形測量的意義、目的和內(nèi)容,2．高層建（構(gòu)）筑物的變形特點,關(guān)于高層建筑和超高層建筑的劃分，就我國而言，大體上可以這樣劃分：4層以下為一般建筑；5～8層為多層建筑；9～20層為高層建筑；20層以上為超高層建筑。,（1）基礎(chǔ)較深，需進行基坑

32、回彈測量 從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，高層建筑為減少本身對地基產(chǎn)生的附加荷載，從而減小總沉降量及沉降差。當(dāng)土質(zhì)較好時，可加大埋深，利用天然地基。當(dāng)?shù)鼗钔诤螅恋淖灾厥テ胶?，會產(chǎn)生基坑地面隆起變形，需進行基坑回彈測量。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,2．高層建（構(gòu)）筑物的變形特點,（1）基礎(chǔ)較深，需進行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進行沉降觀測 高層建筑由于層數(shù)多，荷重大。因此，沉降量也較大。 例如上海有的建筑

33、物下沉量達180厘米。高層建筑對差異沉降極為敏感，不僅本身下沉，而且對鄰近建筑物也有影響。所以，在施工期間和竣工之后都要定期進行沉降觀測。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,2．高層建（構(gòu)）筑物的變形特點,（1）基礎(chǔ)較深，需進行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進行傾斜觀測 高層建筑除在設(shè)計時注意控制水平荷載產(chǎn)生的位移，施工時要分層計算逐層調(diào)整外，建成之后仍要進行傾

34、斜監(jiān)測。其傾斜與地基和整體剛度有關(guān)。 例如意大利的古建筑比薩斜塔，8層高54m。從1918年開始傾斜觀測，建成至今630多年共傾斜4.40m。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,意大利比薩斜塔,蘇州虎丘塔,2．高層建（構(gòu)）筑物的變形特點,（1）基礎(chǔ)較深，需進行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進行傾斜觀測,（4）風(fēng)荷載大，需進行風(fēng)振測量 高層建筑在風(fēng)荷載

35、作用下，受振動而變形，特別在臺風(fēng)地區(qū)更為明顯。 例如美國紐約的“帝國大廈”102層，高381m，在最大風(fēng)力117.3m/s時，其最高點要偏離16.5cm，在偏離處還要引起振幅為18.3cm的振動，因此最大偏離可達25.65cm。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,（4）風(fēng)荷載大，需進行風(fēng)振測量,（5）墻體溫差大，需進行日照變形觀測 高層建筑物墻體平面尺寸較大，受日照變形的影響是不可忽視的。,2．高層建（構(gòu)）

36、筑物的變形特點,（1）基礎(chǔ)較深，需進行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進行傾斜觀測,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,3．其它建（構(gòu)）筑物的主要變形特點,其它大型工程建（構(gòu)）筑物除與上述高層和超高層建筑具有部分共性外，還具有一些各自的變形特點。例如： 大型橋梁的橋墩因長期受到水流的沖擊，易產(chǎn)生水平位移甚至滑動，而橋梁與橋面則在交通工具通過時必然會在垂直方向上產(chǎn)生垂曲和振動； 水利大壩因長

37、期受到上下游水位落差的壓力，壩體必然要產(chǎn)生撓曲或水平位移。 這些變形通常隨著一年四季大氣、水溫的變化，以及上下游水位落差的變化，呈現(xiàn)出周期性變形規(guī)律。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,4．我國開展變形監(jiān)測工作的主要內(nèi)容,如果從采用的變形監(jiān)測手段和方法的角度而言，我們可以把所有的變形觀測方法歸納為兩大類，即垂直位移觀測和水平位移觀測。,五、我國建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測概況,§1.2 變形監(jiān)測的特點,精度要求是建

38、(構(gòu))筑物變形監(jiān)測中的一個重要問題。因為變形監(jiān)測的結(jié)果直接關(guān)系到建（構(gòu)）筑物的安全，影響對變形原因和變形規(guī)律的正確分析，和其它測量工作相比，變形監(jiān)測必須具有更高的精度。 對于從事變形監(jiān)測工作的測量人員來說，精度要求直接關(guān)系到使用哪一等級的測量儀器，采用什么觀測方法以及如何處理所獲得的數(shù)據(jù)。 對于變形分析人員來說，它關(guān)系到變形監(jiān)測成果能否達到預(yù)期的目的，能否正確分析變形產(chǎn)生的原因、預(yù)測變形發(fā)展的趨勢以及對可能發(fā)生的安全隱患

39、進行評估和預(yù)報等。,變形監(jiān)測,一、制約變形監(jiān)測質(zhì)量的主要因素,工程建筑物的變形監(jiān)測應(yīng)能確切反映建筑物、構(gòu)筑物及其場地的實際變形程度或變形趨勢，并以此作為確定作業(yè)方法和檢驗測量成果質(zhì)量的基本要求。,變形監(jiān)測的結(jié)果能否達到預(yù)定的目的，受很多因素的影響，涉及到變形監(jiān)測工作的各個環(huán)節(jié)。如施測方案的確定、變形監(jiān)測控制網(wǎng)的設(shè)計、測量標(biāo)志的穩(wěn)定以及觀測方法和測量儀器工具的選擇等。 其中，最基本的因素是： （1）觀測點的布置； （2）

40、觀測的精度與頻率； （3）觀測所進行的時間。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,二、變形監(jiān)測的精度(精度要求高）,變形監(jiān)測的精度，取決于建筑物預(yù)計的允許變形值的大小和進行觀測的目的。如何根據(jù)允許變形值來確定觀測的精度，因其與觀測條件和待測建（構(gòu)）筑物的類型以及觀測的目的相關(guān)，情況比較復(fù)雜，國內(nèi)外還存在著各種不同的看法。,國際測量工作者聯(lián)合會（FIG）第16屆大會上（1981年，瑞士）提出的方法，即：,為了使用的目的，

41、觀測值中誤差應(yīng)不超過變形允許值的1／20～1／10，或者是1～2ｍｍ；為了研究的目的，應(yīng)為1/100～1/20，或者0.2ｍｍ。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,建(構(gòu))筑物變形監(jiān)測的等級及其精度要求,,二、變形監(jiān)測的精度(精度要求高）,例如：1.某建筑物高30米，設(shè)計人員提出的允許傾斜度i=tgα=4‰;,,,,H,ΔB,α,建筑物頂點的允許偏移值為:,觀測中誤差的允許值為:,目的一的觀測中誤差為:,目的二的觀測中誤差為:,&

42、#167;1.2 變形監(jiān)測的特點,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,（一）因素: 觀測的頻率取決于變形值的大小和變形速度，同時與觀測目的也有關(guān)系。 （二）原則: 1.變形監(jiān)測的頻率應(yīng)以既能系統(tǒng)地反映所測變形的變化過程，又不遺漏其變化的時刻為原則，根據(jù)單位時間內(nèi)變形量的大小及外界因素的影響來確定。 2.當(dāng)實際觀測中發(fā)現(xiàn)異常情況時，則應(yīng)及時相應(yīng)地增加觀測次數(shù)。,§1.2 變形監(jiān)測的特

43、點,在荷載的影響下，基礎(chǔ)下土層的壓縮是逐漸實現(xiàn)的，因而基礎(chǔ)的沉降也是逐漸增加的。 一般認為建筑在沙類土層上的建筑物，其沉降在施工期間將大部分完成，而建筑在粘土類土層上的基礎(chǔ)，其沉降在施工期間只完成了一部分。,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,(三)下面以建筑物及其基礎(chǔ)沉降的觀測過程為例，說明確定觀測頻率的方法。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,對于沙類土層上基礎(chǔ)的沉降過程可分為四個階段：(1)第一階段是在施工期間,隨著基礎(chǔ)

44、上壓力的增加，沉降速度很大，年沉降量達20～70ｍｍ。(2)第二階段沉降量顯著變慢，年沉降量約為20ｍｍ。(3)第三階段為平穩(wěn)下沉階段。速度為每年1～2ｍｍ。(4)第四階段沉降曲線幾乎是水平的,沉降趨于停止。,根據(jù)這種情況，在觀測精度要求相同時，沉降觀測的頻率是變化的。,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,§1.2 變形監(jiān)測的特點,2 1 0 20 4

45、0 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8,砂土和粘土兩種土層的沉降過程線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,壓力 kg/cm2,,,,,,,,,時間(年),沉降量 (mm),,,,,第二階段,第一

46、 階段,,第三階段,第四 階段,砂土層,粘土層,在施工過程中的觀測，應(yīng)隨施工進度及時進行，通常觀測頻率應(yīng)大些。 一般建筑可在基礎(chǔ)完工后或地下室砌完后開始觀測; 大型和高層建筑可在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測。,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,1. 施工過程中的觀測頻率,觀測次數(shù)與間隔時間應(yīng)根據(jù)地基狀況與荷載增加的進度來確定。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,(1)根據(jù)施工進度，編制觀測日歷，按計劃進行。

47、 一般有三天、七天、半月三種觀測周期；對于民用建筑也可每加高1～4層觀測一次，工業(yè)建筑亦可按不同的施工階段（如回填基坑、安裝柱子和屋架、砌筑墻體、設(shè)備安裝等）分別進行觀測。(2)如建筑物均勻增高，可根據(jù)荷載增加的進度進行 從觀測點埋設(shè)穩(wěn)定后進行第一次觀測，當(dāng)荷載增加到25%時觀測一次，以后每增加15%觀測一次。(3)施工過程中如暫時停工，要求在停工和重新開工時各觀測一次。停工期間可每隔2～3個月觀測一次。,三、變形監(jiān)

48、測的頻率（重復(fù)觀測）,1. 施工過程中的觀測頻率,建筑物竣工投產(chǎn)、進入使用期以后，變形監(jiān)測的頻率應(yīng)視地基土類型和沉降速度大小而定，通常頻率可小一些。 一般有一個月、兩個月、三個月、半年及一年等不同的周期。除有特殊要求外，一般第一年觀測3～4次，第二年2～3次，以后每年觀測1次，直到穩(wěn)定為止。 觀測期限一般不少于： (1)砂土地基2年; (2)膨脹土地基3年;

49、 (3)粘土地基5年; (4)軟土地基10年。,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,2．建筑物使用期間的觀測頻率,三、變形監(jiān)測的頻率（重復(fù)觀測）,1.系統(tǒng)觀測 在掌握了一定的規(guī)律或變形穩(wěn)定后，可減少觀測次數(shù)。 這種根據(jù)日歷計劃和荷載增加的進度所進行的變形觀測，稱為系統(tǒng)觀測。,(四)變形監(jiān)測頻率確定的基本方法,2.附加觀測

50、因突發(fā)事件和自然條件發(fā)生急劇變化，而臨時增加的變形觀測，稱為附加觀測。 例如: (1) 基礎(chǔ)上的負荷或附近地面荷載急劇增加或減少時； (2) 外界溫度急劇變化； (3) 基礎(chǔ)四周地面大量積水、長時間連續(xù)降水及地下水位發(fā)生急劇變化等。,三、變形監(jiān)測的頻率,1.系統(tǒng)觀測,(四)變形監(jiān)測頻率確定的基本方法,三、變形監(jiān)測的頻率,沉降是否進入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時間關(guān)系曲線判定。 對重點工程和以科研為目的 若最后三個周

51、期觀測中，每周期沉降量不大于 倍測量中誤差可認為已進入穩(wěn)定階段。,（五）沉降穩(wěn)定期的確定,對于一般建筑物的變形觀測 若沉降速度小于0.01～0.04ｍｍ/ｄ，可認為已進入穩(wěn)定階段，具體取值宜根據(jù)各地區(qū)地基土的壓縮性確定。,國內(nèi)幾個主要城市采用的穩(wěn)定指標(biāo),,四、綜合應(yīng)用各種觀測方法,變形觀測方法一般分為4類： (1) 地面測量方法：包括常規(guī)幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量、方向角度測量、距離測量等； (2)空間測量技

52、術(shù)：包括衛(wèi)星定位、合成孔徑雷達干涉等； (3) 攝影測量和地面激光掃描； (4) 專門測量手段：包括激光準(zhǔn)直、各類傳感器測量和應(yīng)變計測量等。 上述各種方法均有其優(yōu)缺點和適用場合，實際工作中一般綜合采用多種方法，取長補短，相互校核。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,五、數(shù)據(jù)處理要求嚴(yán)密,由于變形量一般較小，觀測值中不僅含有偶然誤差還可能有系統(tǒng)誤差和粗差，觀測可能采用多種方法、在不同時間重復(fù)進行，變形預(yù)測模型存在不確定性等

53、原因，要求數(shù)據(jù)處理必須采用更加嚴(yán)密的方法。,六、需要多學(xué)科知識的相互配合,變形監(jiān)測工作的一般步驟和程序：方案設(shè)計—監(jiān)測技術(shù)—數(shù)據(jù)處理變形分析—安全預(yù)報 要求從事變形監(jiān)測的技術(shù)人員必須能夠綜合運用多學(xué)科知識，包括：測繪、地球物理、工程結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、計算機和自動控制等。,§1.2 變形監(jiān)測的特點,§1.3 變形監(jiān)測技術(shù)和方法,一、常規(guī)大地測量方法,包括精密高程測量、距離測量、角度測量和重

54、力測量等。,二、專門測量手段和技術(shù),包括液體靜力水準(zhǔn)測量、激光準(zhǔn)直測量、應(yīng)變測量以及傾斜、振動傳感器測量等。,三、空間測量技術(shù),四、攝影測量和激光掃描技術(shù),§1.4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,變形數(shù)據(jù)分析的目的是： 分析歸納建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度、分析變形的原因，變形值與引起變形因素之間的關(guān)系，找出它們之間的函數(shù)關(guān)系表達式，進而判斷建筑物的工作情況是否正常。 在積累大量觀測數(shù)據(jù)后，可以進一步找出建筑物變形的

55、內(nèi)在原因和規(guī)律，從而修正設(shè)計的理論以及所采用的各類經(jīng)驗公式等。,§1.4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,具體內(nèi)容包括：１．成因分析（定性分析） 成因分析是對結(jié)構(gòu)本身(內(nèi)因)與作用在結(jié)構(gòu)物上的荷載（外因），加以分析、研究，確定變形值變化的原因和規(guī)律性。２．統(tǒng)計分析(定量分析) 根據(jù)成因分析的結(jié)果和其他相關(guān)影響，對實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，剔除粗差和系統(tǒng)誤差的影響，找出分布規(guī)律，從而導(dǎo)出變形值與引起變形的有關(guān)因素之間的函數(shù)

56、關(guān)系。,具體內(nèi)容包括：１．成因分析（定性分析）２．統(tǒng)計分析(定量分析),３．變形預(yù)報和安全判斷：　在變形分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)求得的變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系，預(yù)報未來變形值的范圍、判斷建筑物的安全程度。,§1.4 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,變形觀測數(shù)據(jù)分析也可分成： 幾何分析和物理解釋,本章重點內(nèi)容與思考題,一、什么是工程建筑物的變形？對工程建筑物進行變形監(jiān)測的意義何在？二、工程建筑物產(chǎn)生變形的主要