巖土工工程監監測丁萬濤濤主要內內容緒論測試技技術基基礎知知識巖土的原位位測試技術術基坑工程中中的巖土工工程問題監監測地下工程中中的巖土工工程問題監監測邊坡工程中中的巖土工工程問題監監測地基加固的的檢驗與檢檢測樁基礎的測測試與檢測測第一章緒緒論論本課程的目目的和意義義本課程在巖巖土工程中中的地位與與作用巖土工程測測試、檢測測及監測技技術簡介巖土工程測測試與檢測測技術的現現狀與展望望1.1本課程的目目的和意義義巖土工程是是利用土力力學、巖體體力學及工工程地質學學的理論和和方法，為為研究各類類土建工程程中涉及巖巖土體的利利用、整治治和改造問問題而進行行的系統工工作。巖土力學理理論要變為為工程現實實，需要相相應的測試試手段。巖土工程設設計、施工工，試驗工工作非常重重要，它是是學科理論論研究與發發展的基礎礎。1.2本課程在巖巖土工程中中的地位與與作用巖土力學在在一定意義義上講就是是一門試驗驗力學，試試驗是土力力學發展的的基礎。巖土體的復復雜性使前前期勘察與與試驗結果果存在著一一定的不確確定性，在在巖土工程程施工過程程中還必須須通過現場場監測與檢檢測，以確確保巖土工工程的安全全性。巖土工程測測試技術不不僅在工程程實踐中十十分重要，，而且在學學科理論的的研究與發發展中也起起著決定性性作用。監測與檢測測的重要性性保證工程的的施工質量量和安全，，提高工程程效益。在巖土工程程服務于工工程建設的的全過程中中，現場監監測與檢測測是一個重重要的環節節，可以使使工程師們們對上部結結構與下部部巖土地基基共同作用用的性狀及及施工和建建筑物運營營過程的認認識在理論論和實踐上上更加完善善，便于總總結工作經經驗和形成成新的認識識。依據監測結結果，利用用反演分析析的方法，，求出能使使理論分析析與實測基基本一致的的工程參數數。1.3巖土工程測測試、檢測測及監測技技術簡介巖土工程測測試包括室室內土工試試驗、巖體體力學試驗驗、原位測測試、原型型試驗和現現場監測等等。室內土工試試驗：觀測測判別試驗驗、物理性性質試驗、、化學性質質試驗和力力學性質試試驗等。巖體力學試試驗：常規規力學指標標和巖體變變形與破壞壞機理的分分析與研究究。原位測試：：基本保持持被測試巖巖土體的結結構、含水水量及應力力狀態不變變的條件下下測定其基基本物理力力學性能。。1.3.1原位測試獲取設計參參數的原位位試驗；提供施工控控制和反演演分析參數數的原位檢檢測。優點：1、避開取土土樣困難，，測定難以以采取不擾擾動試樣土土層的工程程性質；2、在原位應應力條件下下試驗，避避免采用過過程中應力力釋放的影影響；3、試驗的巖巖土體體積積較大，代代表性強；；4、工作效率率較高，可可大大縮短短勘探試驗驗的周期。。1.3.1原位測試缺點1、各種原位位測試都有有其針對性性和適用條條件；2、原位測試試所得參數數與土的工工程性質間間的關系往往往建立在在統計關系系上；3、影響原位位測試成果果的因素較較為復雜（（如周圍的的應力場、、排水條件件和施工過過程對測試試環境的干干擾等），，使得對測測定值的準準確判定造造成一定的的困難；4、原位測試試中的主應應力方向與與實際巖土土工程問題題中多變的的主應力方方向往往并并不一致。。1.3.2原型試驗原型試驗以以實際地下下結構物為為對象在現現場地質條條件下按設設計荷載條條件進行試試驗，其試試驗結果具具有直觀、、可靠等優優點，主要要有樁基試試驗、錨桿桿試驗等；；通過原型試試驗可以進進一步驗證證工程勘察察結果和設設計結果的的正確性與與可靠性。。1.3.3現場監測以實際工程程作為對象象，在施工工期及工后后期對整個個巖土體和和地下結構構以及周圍圍環境，于于事先設定定的點位上上，按設定定的時間間間隔進行應應力和變形形現場觀測測。目的：1、檢驗巖土土工程施工工質量是否否滿足巖土土工程設計計和有關規規程、規范范的要求；；2、指導巖土土工程的施施工方法、、流程和施施工進度，，通過巖土土工程監測測反饋分析析巖土工程程設計與施施工是否合合理，并為為后續設計計與施工方方案提供優優化意見；；3、檢測巖土土工程施工工對環境的的影響，驗驗證巖土工工程施工防防護措施的的效果；4、及時發現現和預報巖巖土工程施施工過程中中所出現的的異常情況況、防止巖巖土工程施施工事故，，保障巖土土工程施工工安全；5、提供定量量的巖土工工程質量事事故鑒定依依據；6、為建（構構）筑物的的竣工驗收收提供所需需的監測資資料。1.3.3現場監測現場監測工工作的主要要內容：1、對巖土所所受到的施施工作用、、各類荷載載的大小以以及在這些些荷載作用用下巖土反反應性狀的的監測；2、對對建建設設中中或或運運營營中中結結構構物物的的監監測測；；3、監監測測巖巖土土工工程程在在施施工工及及運運營營過過程程中中對對周周圍圍環環境境的的影影響響。。1.4巖土土工工程程測測試試與與檢檢測測技技術術的的現現狀狀與與展展望望現狀狀：：1、手手段段單單一一2、結結果果缺缺乏乏合合理理的的解解釋釋3、管管理理制制度度不不健健全全4、人人員員培培訓訓不不及及時時采取取相相應應措措施施：：1、建建立立健健全全行行業業管管理理制制度度，，提提高高工工作作人人員員素素質質2、增增強強對對從從事事巖巖土土工工程程工工作作的的單單位位考考核核與與管管理理，，提提高高人人員員培培訓訓與與考考核核3、加加強強巖巖土土工工程程各各個個環環節節的的控控制制，，增增強強對對檢檢測測、、測測試試環環節節的的階階段段驗驗收收和和最最終終評評判判展望望：：1、取取樣樣技技術術標標準準化化2、新新儀儀器器新新方方法法的的開開發發3、工工程程地地球球物物理理探探測測4、現現場場測測試試、、室室內內試試驗驗、、理理論論預預測測和和數數值值反反分分析析及及其其再再預預測測的的有有機機結結合合與與循循環環第二二章章測測試試技技術術基基礎礎知知識識測試試：：信信息息采采集集，，獲獲取取測測試試數數據據；；以以確確定定量量值值為為目目的的的的一一系系列列操操作作。。測試試系系統統：：傳傳感感技技術術的的實實體體，，傳傳感感器器與與多多臺臺儀儀表表的的組組合合。。2.1.1測試試將測測試試值值與與同同種種性性質質的的標標準準量量進進行行比比較較，，確確定定被被測測試試值值對對標標準準量量的的倍倍數數。。2.1.2測試試系系統統測試試系系統統：：傳傳感感器器與與測測試試儀儀表表、、變變換換裝裝置置等等的的有有機機組組合合。。傳感感器器：：感感受受被被測測試試的的大大小小并并輸輸出出相相對對應應的的可可用用輸輸出出信信號號的的器器件件或或裝裝置置。。數據據傳傳輸輸環環節節：：傳傳輸輸數數據據。。數據據處處理理環環節節：：信信號號處處理理和和變變換換。。數據據顯顯示示環環節節：：被被測測試試信信息息變變成成人人感感官官能能接接受受的的形形式式，，以以完完成成監監視視、、控控制制或或分分析析的的目目的的。。2.2傳感感器器的的基基本本特特性性傳感感器器：：敏敏感感元元件件、、轉轉換換元元件件和和測測試試電電路路。。傳感感器器性性能能評評價價：：靜靜態態特特性性和和動動態態特特性性。。靜態態特特性性：：當當被被測測量量的的各各個個值值處處于于穩穩定定狀狀態態時時，，傳傳感感器器的的輸輸出出值值與與輸輸入入值值之之間間的的關關系系數數學學表表達達式式、、曲曲線線或或數數表表。。動態態特特性性：：當當被被測測量量值值隨隨時時間間變變化化時時，，傳傳感感器器的的輸輸出出值值與與輸輸入入值值之之間間關關系系的的數數學學表表達達式式、、曲曲線線或或數數表表。。2.2.1傳感器的靜態態特性參數指指標主要指標：靈靈敏度、線性性度（直線度度）和回程誤誤差（遲滯性性）靈敏度（Ｓ））：穩態時傳感器器輸出量Y和輸入量X之比，或輸出出量Y的增量和輸入入量X的增量之比。。線性度（非線線性誤差）傳感器的輸出出-輸入校準曲線線與理論擬合合曲線之間的的最大偏差與與傳感器滿量量程輸出之比比。理想的傳感器器輸出與輸入入呈線性關系系。線性度是是評價非線性性程度的參數數。回程誤差（遲遲滯性）輸入逐漸增加加到某一值與與輸入逐漸減減小到同一輸輸入值時的輸輸出值不相等等，叫遲滯現現象。遲滯差：對于于同一輸入值值所得到的兩兩個輸出值之之間的最大差差值hmax與量程A的比值的百分分率。分辨力：傳感器能檢檢測到的最小小輸入增量。。在輸入零點點附近的分辨辨力稱為閥值值。測量范圍和量量程：在允許誤差差限內，被測測量值的下限限與上限之間間的范圍。重復性：傳感器在同同一條件下，，被測輸入量量按同一方向向作全量程連連續多次重復復測量時，所所得輸出-輸入曲線的不不一致程度。。零漂：傳感器在無無輸入或輸入入為另一值時時，每隔一定定時間，其輸輸出值偏離原原始值的最大大偏差與滿量量程的百分比比。溫漂：溫度每升高高1度，傳感器輸輸出值的最大大偏差與滿量量程的百分比比。2.2.2傳感器的動態態特性通常根據正弦弦變化與階躍躍變化兩種標標準輸入來考考察傳感器的的響應特性。。建立數學模型型來分析和處處理傳感器的的動態響應。。線性系統的動動態響應，廣廣泛使用的數數學模型是普普通線性常系系數微分方程程。2.3常用傳感器的的類型和工作作原理變換原理：電電阻式、電容容式、差動變變壓器式、光光電式等。被測量的物理理量：位移傳傳感器、壓力力傳感器、速速度傳感器。。2.3.1差動電阻式傳傳感器（卡爾遜式儀儀器）組成：兩根彈彈性鋼絲作為為傳感元件，，一根受拉，，一根受壓。。鋼絲特性之一一環境變量變化化，鋼絲電阻阻值反向變化化，兩個元件件的電阻值比比值，測出物物理量的數值值。當鋼絲受到拉拉力作用而產產生彈性變形形，其變形與與電阻變化之之間關系：鋼絲特性之二二鋼絲電阻隨其其溫度變化之之間的近似線線性關系：工作原理：儀器受力變形形，鋼絲電阻阻產生差動變變化，一根受受拉，電阻增增加，一根受受壓，電阻減減少，兩個鋼鋼絲的串聯電電阻不變而電電阻比R1/R2發生變化，得得到鋼絲電阻阻比值，就得得到儀器的變變形或應力；；溫度改變時，，鋼絲電阻變變化是同方向向的，溫度升升高時，兩根根鋼絲的電阻阻都減少。獲獲得鋼絲的串串聯電阻，就就可求得儀器器測點位置的的穩定。差動式應變計計：靈敏度較高，，性能穩定，，耐久性好2.3.2鋼弦頻率式傳傳感器組成：一根金金屬絲弦（高高彈性彈簧鋼鋼、馬氏不銹銹鋼或鎢鋼））工作原理：利利用鋼弦的自自振頻率與鋼鋼弦所受到的的外加張力關關系式測各種種物理量。鋼弦式儀器是是根據鋼弦張張緊力與諧振振頻率成單值值函數關系設設計而成的；；關系式如下下：壓力盒計算公公式鋼弦傳感器的的種類鋼弦式應變計計、鋼弦式土土壓力盒、鋼鋼筋應力計等等。特點結構簡單可靠靠，傳感器的的設計、制造造、安裝和調調試方便。不受接觸電阻阻、外界電磁磁場影響，性性能較穩定，，耐久性能好好。2.4監測儀器的選選擇和標定監測儀器和元元件的選擇巖土工程監測測儀器的質量量標準監測儀器的適適用范圍及使使用條件儀器和傳感器器的標定2.4.1監測儀器和元元件的選擇選取要求：儀儀器的技術性性能、儀器埋埋設條件、儀儀器測讀的方方式和儀器的的經濟性儀器技術性能能方面儀器的可靠性性（光學、機械、、電子設備等等）儀器使用壽命命（儀器工作壽命命大于或等于于工程使用年年限）儀器的堅固性性和可維護性性（容易標定、修修復或置換）儀器的精度（（精度滿足監測測數據要求即即可）靈敏度和量程程（高靈敏度、大大量程）儀器埋設條件件方面儀器選型時，，應考慮其埋埋設條件（性能保證下，，選擇易埋設設）施工儀器和埋埋設條件不同同，選擇不同同儀器。儀器選擇經濟濟方面技術要求滿足足條件下，選選擇最經濟的的（儀器購置、損損耗及埋設費費用）儀器測讀方式式方面根據測量工作作量選擇不同同的測讀方式式的儀器對于能形成監監測網并能聯聯網監測的工工程，儀器選選型時應根據據監測系統統統一的測讀方方式選擇儀器器2.4.2巖土工程監測測儀器的質量量標準可靠性和穩定定性儀器在設計規規定的運行條條件和運行時時間內，檢測測元件、轉換換裝置和測讀讀儀器、儀表表保持原有技技術性能的程程度。準確度和精度度準確度：測量量結果與真值值偏離的程度度，系統誤差差的大小是準準確度的標志志。精度：在相同同條件下測量量同一個量所所得結果重復復一致的程度度。靈敏度和分辨辨力靈敏度：輸入入量（被測信信號）與輸出出量的比值分辨力：靈敏敏度的倒數