1、變形監測與數據處理課程復習題綱一、 變形監測部分主要內容：變形及變形監測的一般知識；變形監測項目；變形監測內容；垂直位移監測的主要內容（監測點、基準點布設原則；監測周期及頻率確定；監測方法及儀器選用）；水平位移監測的主要內容（監測點、基準點布設原則；監測周期及頻率的確定；監測方法及儀器選用）；內部位移監測（監測方法及設備的選用）復習要點：（1）變形監測基礎知識1.變形體在各種荷載作用下，其形狀、大小、位置在時域和空域中的變化。2.變形體：一般包括工程建筑物、技術設備以及其他自然或人工對象。3.變形監測：利用測量及其它專用儀器和方法對變形體的變形現象進行監視、觀測的工作。4.變形監測的目的與意義

2、：1）分析和評價建筑物的安全狀態；2）驗證設計參數；3）反饋施工質量；4）研究正常的變形規律和預報變形的方法。5.變形監測的特點：1）周期性重復觀測；2）精度要求高；3）多種測繪技術的綜合應用；4）監測網著重研究點位的變化。6.建筑變形的原因：1）外部原因：建筑物自重、動荷載、振動或風力；2）內部原因：地質勘察不充分、設計錯誤、施工質量差、施工方法不當。7.周期的確定原則：應以能系統反映所測變形的變化過程且不遺漏其變化時刻為原則，根據單位時間內變形量的大小及外界影響因素確定。8.變形監測點的分類：1）基準點：變形監測系統的基本控制點，是測定工作點和變形點的依據。分為水平位移基準點和沉降監測點。

3、2）工作點（工作基點）：是基準點和變形觀測點之間起聯系作用的點。3）變形觀測點：直接埋設在變形體上能反映建筑物變形特征的測量點。10.變形監測網的布設原則：1）變形監測控制網的起算點或終點要有穩定的點位，應布設在牢靠的非變形區，為了減少觀測點誤差的積累，距觀測區又不能過遠。2）為了便于迅速獲得觀測成果，變形監測控制網的圖形結構應盡可能的簡單。3）在確保變形監測控制網具有足夠精度的條件下，控制網應盡量布設一次全面網；在特殊條件下，才允許分層控制。4）實測原則：測量儀器、設備和測量方法的選擇，要量力而行，不能超越現有的經濟、技術條件，不能提出過高的要求。5）控制網設計時，應盡量采用先進技術，盡可能

4、多地獲取建筑物變形數據，特別是絕對位移數據和時間信息。控制點便于長期保存。6）變形監測控制網應與建筑施工采用相同的坐標系統。（2）垂直位移監測1.水準點的布設:1)即要考慮點的穩定性,又要考慮誤差積累；2)盡量埋設在基巖上或深埋于凍土內或深埋于原狀土內，決不允許埋設在人工土內。2.沉降觀測工作點的布設：1）沉降監測工作點應布設在最有代表性的部位，還要考慮到建筑物基礎的地質條件，建筑物特征，建筑物內部應力分布狀況等。 2）工作點應與建筑物連接牢固，使工作點的高程變化能真正反映建筑物的沉降變化情況。 3）工作點的點位應便于觀測。3.沉降監測技術：是采用合理的儀器和方法測量建筑物在垂直方向上高程的變

5、化量。監測方法：精密水準測量；三角高程測量；液體靜力水準測量。4.垂直位移監測方法：1）水準測量方法；2）液體靜力水準測量；3）三角高程測量5.液體靜力水準測量的測量原理及適用性。液體靜力水準測量也稱為連通管測量，是利用相互連通的且靜力平衡時的液面進行高程傳遞的測量方法。（3）水平位移監測1.水平位移產生的原因：主要是建筑物及其基礎受到水平應力的影響而產生的地基的水平移動。2.水平位移觀測的意義：適時監測建筑物的水平位移量，能有效地監控建筑物的安全狀況，并可根據實際情況采取適當的加固措施。3.測點布設：建筑物水平位移監測的測點宜按兩個層次布設，即由控制點組成控制網、由觀測點及所聯測的控制點組成

6、擴展網；對于單個建筑物上部或構件的位移監測，可將控制點連同觀測點按單一層次布設。4.水平位移控制點的型式及埋設要求：對特級、一級及有需要的二級、三級位移觀測的控制點，應建造觀測墩或埋設專門觀測標石，并應根據使用儀器和照準標志的類型，顧及觀測精度要求，配備強制對中裝置。用于位移監測的基準點（控制點）應穩定可靠，能夠長期保存，且建立在便于觀測的穩妥的地方。位移監測點（觀測點）應與變形體密切結合，且能代表該部位變形體的變形特征。5.水平位移監測常用方法：1）大地測量法，主要包括三角網測量法、精密導線測量法、交會法等；2）基準線法，主要包括視準線法、引張線法、激光準直法和垂線法等；3）專用測量法；4）

7、GPS測量法。6.交會法觀測：原理:交會法是利用2個或3個已知坐標的工作基點，測定位移標點的坐標變化，從而確定其變形情況的一種測量方法。優點:該方法具有觀測方便、測量費用低、不需要特殊儀器等優點，特別適用于人難以到達的變形體的監測工作，如：滑坡體、懸崖、壩坡、塔頂、煙囪等。缺點:是測量的精度和可靠性較低，高精度的變形監測一般不采用此方法。7.交會法觀測注意事項：在進行交會法觀測時，首先應設置工作基點。工作基點應盡量選在地質條件良好的基巖上，并盡可能離開承壓區，且不受人為的碰撞或震動。工作基點應定期與基準點聯測，校核其是否發生變動。工作基點上應設強制對中裝置，以減小儀器對中誤差的影響。工作基點到

8、位移監測點的邊長不能相差太大，應大致相等，且與監測點大致同高，以免視線傾角過大，影響測量的精度。為減小大氣折光的影響，交會邊的視線應離地面或障礙物在1.2m以上，并應盡量避免視線貼近水面。在利用邊長交會法時，還應避免周圍強磁場的干擾影響。8精密導線測量：分為精密邊角導線法和精密弦矢導線法。弦矢導線法是根據導線邊長變化和矢距變化的觀測值來求得監測點的實際變形量。邊角導線法則是根據導線邊長變化和導線的轉折角觀測值來計算監測點的變形量。9.邊角導線的轉折角測量是通過高精度經緯儀觀測的，而邊長大多采用特制銦鋼尺進行丈量，也可利用高精度的光電測距儀進行測距。觀測前，應按規范的有關規定檢查儀器，在洞室和廊

9、道中觀測時，應封閉通風口以保持空氣平穩，觀測的照明設備應采用冷光照明，以減少折光誤差。觀測時，需分別觀測導線點標志的左右側角各一個測回，并獨立進行兩次觀測，取兩次讀數中值為該方向觀測值。邊角導線的系長一般不宜大于320m，邊數不宜多于20條，同時要求相鄰兩導線邊的長度不宜相差過大。10.基準線/面測量的原理及適應性。11.視準線測量：視準線法是基準線法測量的方法之一，它是利用經緯儀或視準儀的視準軸構成基準線，通過該基準線的鉛垂面作為基準面，并以此鉛垂面為標準，測定其他觀測點相對于該鉛垂面的水平位移量的一種方法。視準線法所用設備普通，操作簡便，費用少，是一種應用較廣的觀測方法。該方法同樣受多種因

10、素的影響，如：照準精度、大氣折光等，操作不當時，誤差不容易控制，精度會受到明顯的影響。12.引張線測量：就是在兩個工作基點間拉緊一根不銹鋼絲而建立的一條基準線。以此基準線對設置在建筑上的變形監測點進行偏離量的監測，從而可求得各測點水平位移。在直線形建筑物中用引張線方法測量水平位移，其設備簡單，測量方便，速度快，精度高，成本低。（3）內容位移監測1.建筑物內部監測項目主要包括：位移監測、應力/應變監測、溫度監測、滲流監測和撓度監測等。2垂線測量：垂線有兩種形式：正垂線和倒垂線。正垂線一般用于建筑物各高程面處的水平位移監測、撓度觀測和傾斜測量等。倒垂線大多用于巖層錯動監測、撓度監測，或用作水平位移

11、的基準點。正垂線觀測中的誤差主要有夾線誤差、照準誤差、讀數誤差、對中誤差、垂線儀的零位漂移和螺桿與滑塊間的隙動誤差等。倒垂線測量的誤差主要來源于浮體產生的誤差、垂線觀測儀產生的誤差、外界條件變化產生的誤差。倒垂測量中，還會因儀器的對中、調平、讀數和零位漂移等因素使測量結果產生誤差。3.測斜儀:其工作原理是利用重力擺錘始終保持鉛直方向的特性。彈簧銅片上端固定,下端靠著擺線；當測斜儀傾斜時擺線在擺錘的重力作用下保持鉛直，壓迫簧片下端，使簧片發生彎曲，由粘貼在簧片上的電阻應變片測出簧片的彎曲變形，即可知道測斜儀的傾角，從而推算出測斜管的位移。4.應力/應變監測的作用：通過應力/應變監測，了解建筑物應

12、力的實際分布，尋求最大應力的位置、大小和方向，真正掌握建筑物的實際強度安全程度。利用應力/應變的觀測成果，可以改進設計，驗證新的設計方法和建筑物的設計形態。5.地下水位觀測方法：水位觀測井觀測、壓阻式液位傳感器觀測、感應式數字液位傳感器觀測。6.滲流量觀測包括滲漏水的流量及其水質觀測。水質觀測中包括滲漏水的溫度、透明度觀測和化學成分分析。7撓度監測：測定建筑物受力后撓曲程度的工作稱為撓度觀測。建筑物在應力的作用下產生彎曲和扭曲，彎曲變形時橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移稱為撓度。8.撓度觀測的常用方法：精密水準法、全站儀觀測法、GPS 觀測法、靜力水準觀測法、 專用撓度儀觀測法、正倒垂線觀測

13、法。9.裂縫監測方法：測微器法，測微器法主要包括：單向測縫標點和三向測縫標點，主要用于測量表面裂縫的寬度和錯距。測縫計。超聲波檢測，超聲波用于非破損檢測，就是以超聲波為媒介，獲得物體內部信息的一種方法。10.裂縫觀測方法：1）.對于數量不多，易于量測的裂縫，可視標志型式不同，用比例尺、小鋼尺或游標卡尺等工具定期量出標志間距離求得裂縫變位值，或用方格網板定期讀取“坐標差”計算裂縫變化值；2）.對于較大面積且不便于人工量測的眾多裂縫宜采用近景攝影測量方法；3）.當需連續監測裂縫變化時，還可采用測縫計或傳感器自動測記方法觀測。11.產生傾斜的原因：1）地基承載力不均勻；2）建筑物體型復雜(有部分高重

14、、部分低輕)，形成不同荷載；3）施工未達到設計要求，承載力不夠；受外力作用結果，例如風荷、地下水抽取、地震等。（4）具體工程變形監測1.建筑物變形監測內容：對于工業與民用建筑物，主要進行沉降、傾斜和裂縫觀測，即靜態變形觀測；對于高層建筑物，還要進行震動觀測，即動態觀測；對于大量地抽取地下水及進行地下采礦的地區，則應進行地表沉降觀測。2.建筑物沉降監測基準點的布設：基準點是變形觀測的基礎，基準點布設是否合適直接關系到變形觀測能否成功。根據工程項目的不同，一般要求基準點絕對穩定，有時也可以要求基準點相對穩定。要達到基準點穩定的要求，有兩種選擇：一是遠離建筑物，二是深埋。基準點可分為兩級，固定基準和

15、工作基準。固定基準點應布設在距離需要觀測的建筑物一定的距離且穩定，不受其它外力影響、便于保存的位置。基準點數應不少于34個，以便于基準點保護、恢復和穩定性分析。基準點的標志采用混凝土樁，或鋼管加筋樁。對于高層建筑物或大型建筑物，基準點應鉆孔至基巖。3.建筑物變形監測點的布設：沉降變形觀測點應有足夠的數量和適當的點位。布設的點位應滿足以下三個要求：1).便于測出建筑物基礎的沉降、傾斜、曲率和繪出下沉曲線。2)、便于觀測。 3)、便于保存并不受到損壞。4.橋梁工程監測的對象主要包括：橋梁的墩臺、塔柱和橋面等。5.橋梁墩臺的變形觀測主要包括兩方面：墩臺的垂直位移觀測，主要包括墩臺特征位置的垂直位移和

16、沿橋軸線方向（或垂直于橋軸線方向）的傾斜觀測。墩臺的水平位移觀測，其中各墩臺在上、下游的水平位移觀測稱為橫向位移觀測；各墩臺沿橋軸線方向的水平位移觀測稱為縱向位移觀測。兩者中，以橫向位移觀測更為重要。6.塔柱變形觀測：（1）塔柱頂部水平位移監測；（2）塔柱整體傾斜觀測；（3）塔柱周日變形觀測；（4）塔柱體撓度觀測；（5）塔柱體伸縮量觀測。7.橋面撓度觀測：橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況。橋面在外界荷載的作用下將發生變形，使橋梁的實際線形與設計線形產生差異，從而影響橋梁的內部應力狀態。過大的橋面線形變化不但影響行車的安全，而且對橋梁的使用壽命有直接的影響。8.橋面水平位移觀測：橋面水平位移

17、主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移。橋梁水平位移主要由基礎的位移、傾斜以及外界荷載（風、日照、車輛等）等引起，對于大跨徑的斜拉橋和懸索橋，風荷載可使橋面產生大幅度的擺動，這對橋梁的安全運營十分不利。9.橋梁變形監測的主要方法：垂直位移監測方法：精密水準測量、三角高程測量、液體靜力水準測量、壓力測量法、GPS測量。水平位移監測方法：三角測量法、交會法、導線測量法、基準線法、測小角法、GPS觀測、專用方法。撓度觀測方法：懸錘法、精密水準法、全站儀觀測法、GPS觀測法、靜力水準觀測法、測斜儀觀測法、攝影測量法、專用撓度儀觀測法。10.橋梁基礎垂直位移監測：觀測建筑物垂直位移的方法有多種，如：精密水準

18、測量、連通管測量、GPS測量等。11.橋梁基礎垂直位移監測基點網的布設：基準點應盡量選在橋梁承壓區之外，但又不宜離橋梁墩臺太遠。基準點需成組埋設，以便相互檢核。工作基點一般選在橋臺或其附近，以便于觀測布設在橋梁墩臺上的觀測點，測定各橋墩相對于橋臺的變形。而工作基點的垂直變形可由基準點測定，以求得觀測點相對于穩定點的絕對變形。12.橋梁基礎垂直位移監測觀測點的布設：在布設監測點時，應遵循既要均勻又要有重點的原則。均勻布設是指在每個墩臺上都要布設觀測點，以便全面判斷橋梁的穩定性；重點布設是指對那些受力不均勻、地基基礎不良或結構的重要部分，應加密觀測點，主橋橋墩尤應如此。主橋墩臺上的觀測點，應在墩臺頂面的上下游兩端的適宜位置處各埋設一