[教學(xué)目的]：使學(xué)生了解和掌握變形觀測(cè)技術(shù)方法及變形觀測(cè)方案的設(shè)計(jì).[教學(xué)重點(diǎn)]：1.變形觀測(cè)方法

2.變形觀測(cè)方案的設(shè)計(jì).[教學(xué)方法]：講授第一章、變形監(jiān)測(cè)§1.1變形監(jiān)測(cè)技術(shù)一、變形監(jiān)測(cè)的定義及意義變形監(jiān)測(cè)是對(duì)被監(jiān)視的對(duì)象（變形體）進(jìn)行測(cè)量以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征。為變形分析和預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

變形體：工程建筑物、技術(shù)設(shè)備以及其他自然或人工對(duì)象。如：古塔與電視塔、橋梁與隧道、船閘與大壩、大型天線、車船與飛機(jī)、油罐與貯礦倉(cāng)、崩滑體與泥石流、采空區(qū)與高邊坡、城市與灌溉沉降區(qū).變形觀測(cè)意義：對(duì)于工程建筑物：為改善建筑物理參數(shù)、地基強(qiáng)度參數(shù)提供依據(jù)，防止工程破壞事故，提高抗災(zāi)能力。機(jī)械技術(shù)設(shè)備：保證設(shè)備安全、可靠、高效地運(yùn)行，為改善產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù).滑坡：通過(guò)監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間變化過(guò)程，可進(jìn)一步研究引起滑坡的成因，預(yù)報(bào)大的滑坡災(zāi)害。礦山：可采用控制開挖量和加固等方法，避免危險(xiǎn)性變形的發(fā)生，同時(shí)可改進(jìn)變形預(yù)報(bào)模型。地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。二、變形觀測(cè)方法（一）常規(guī)的大地測(cè)量方法指用常規(guī)的經(jīng)典或現(xiàn)代的大地測(cè)量?jī)x器測(cè)量方向、角度、邊長(zhǎng)和高差等量所采用的方法的總稱。儀器：光學(xué)經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、電子經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)距儀、全站儀、GPS等.特點(diǎn)：

1.能提供變形體整體的變形狀態(tài)；

2.觀測(cè)量通過(guò)組網(wǎng)線可進(jìn)行測(cè)量成果的校核和精度的評(píng)定；

3.靈活性大，能適用于不同的精度要求、不同形式的變形和不同的外界條件.缺點(diǎn)：外業(yè)工作量大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化.

沉降：幾何水準(zhǔn)測(cè)量（H） 位移：一維水平位移（X或Y） 二維水平位移（XY） 傾斜：i

撓度一維水平位移：①測(cè)小角法②活動(dòng)覘牌法③控制線法④激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)直和波帶板激光準(zhǔn)直法

激光點(diǎn)光源、波帶板裝置、光電探測(cè)器⑤引張線法

三測(cè)回平均值中誤差0.03mm二維水平位移：①極坐標(biāo)法②導(dǎo)線法③前方交會(huì)法④單三角形⑤GPS10-6CMPU雙頻監(jiān)測(cè)器雙頻監(jiān)測(cè)器雙頻監(jiān)測(cè)器參考點(diǎn)單頻監(jiān)測(cè)器GPS連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖撓度：在建筑物的垂直面內(nèi)各不同高程點(diǎn)相對(duì)于底點(diǎn)的水平位移稱為撓度。美國(guó)紐約‘帝國(guó)大廈’高102層，在風(fēng)荷載作用下，最大擺動(dòng)達(dá)7.6cm.可由觀測(cè)不同高度處的傾斜換算而得。（二）特殊的大地測(cè)量方法

特點(diǎn)：①測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單

②容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)和連續(xù)觀測(cè)

③提供的是局部的變形信息1、沉降測(cè)量：液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法

①

②當(dāng)液面面高度度發(fā)生生變化化時(shí)，，浮子子帶著著鐵心心升降降，由由于鐵鐵心相相對(duì)于于電感感線圈圈的上上下移移動(dòng)，，使線線圈上上的電電感發(fā)發(fā)生變變化，，用導(dǎo)導(dǎo)線連連接到到離觀觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)一定定距離離的觀觀測(cè)室室內(nèi)，，再用用專門門的電電橋?qū)㈦姼懈辛康牡淖兓婋妷鹤冏兓b測(cè)測(cè)儀器器通過(guò)過(guò)量測(cè)測(cè)電壓壓的變變化，，便知知鐵心心的升升降量量，亦亦即為為容器器液面面高度的變化量。。2、應(yīng)變測(cè)量量：設(shè)兩點(diǎn)點(diǎn)間距離為為,第二周期測(cè)測(cè)量時(shí)距離離變化了那么為為兩點(diǎn)點(diǎn)間平均線線應(yīng)變.當(dāng)與變變形體尺寸比很很小時(shí)，則則看看成為為點(diǎn)應(yīng)變.測(cè)有有機(jī)械法：用因瓦絲絲、石英棒棒等作為長(zhǎng)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn).長(zhǎng)度的變化用用機(jī)械—電子傳感器器測(cè)量；精度：幾十十個(gè)微米干涉法：激光干涉涉法可測(cè)到到幾百米，，甚至幾千千米.精度：10-7真空中：4X10-10應(yīng)變傳感器器實(shí)質(zhì)為——導(dǎo)體（金屬屬條或很窄窄的箔條））做法：埋設(shè)設(shè)在變形體體中，由于于變形體中中的應(yīng)變使得導(dǎo)體體伸長(zhǎng)或縮縮短，從而而改變了導(dǎo)體的電阻阻.電阻變化用用電橋測(cè)量量，通過(guò)測(cè)量電阻阻的變化就就可以計(jì)算算應(yīng)變.測(cè)距離變化化求應(yīng)變應(yīng)變傳感器器3、準(zhǔn)直測(cè)量：：激激光在大氣中精精度：10-5~10-6在真空中精精度：10-7~10-8方向性強(qiáng)，，直接準(zhǔn)直直如：：激光經(jīng)緯緯儀準(zhǔn)直激光準(zhǔn)直單色性好，，衍射準(zhǔn)直直如：：波帶極激激光準(zhǔn)直尼龍絲準(zhǔn)直直：尼龍絲絲直徑0.3mm，施加1.5kg拉力系統(tǒng)包括：：尼龍絲拉拉緊裝置和和一個(gè)對(duì)中中的讀數(shù)顯顯微鏡原理：如果逐次觀觀測(cè)三個(gè)點(diǎn)點(diǎn)的偏離值值，每次推推進(jìn)一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)，兩個(gè)點(diǎn)點(diǎn)重疊起連連接作用，，這樣可按按連接支導(dǎo)導(dǎo)線計(jì)算導(dǎo)導(dǎo)線各中間間點(diǎn)相對(duì)于于閉合邊的的偏離值。。尼龍繩準(zhǔn)直直測(cè)量的精精度分析連接支導(dǎo)線線中點(diǎn)（最最弱點(diǎn)）的的準(zhǔn)直精度度可用下式式估算：尼龍繩準(zhǔn)直直的精度受受①觀測(cè)儀儀器誤差②②讀數(shù)誤差差影響③氣氣流的影響響鋼絲準(zhǔn)直：：引張線，，直徑1mm，10~50kg拉力拉緊鋼鋼絲.裝置：端點(diǎn)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，鋼絲和和保護(hù)管.設(shè)置浮托裝裝置三測(cè)回觀測(cè)測(cè)平均值精精度：0.1~0.3mm垂直測(cè)量：：光學(xué)垂準(zhǔn)儀儀激光鉛直儀儀：可用于于測(cè)定高層層建筑物的的擺動(dòng).機(jī)械法垂直直準(zhǔn)直：正正垂倒垂：還可可用作變形形觀測(cè)的基基準(zhǔn)點(diǎn)。偏離值可通通過(guò)垂線坐坐標(biāo)儀測(cè)得得。傾斜：電子子傾斜儀1.擺式傾斜儀儀利用可變電電感的原理理制成的，具有：①靈敏度高高②讀數(shù)方便便③調(diào)整范圍圍寬2.氣泡式傾斜斜儀我國(guó)制造的的氣泡式傾傾斜儀2°觀測(cè)范圍1°如應(yīng)用于設(shè)設(shè)備基礎(chǔ)平平臺(tái)的傾斜斜觀測(cè)。3.差動(dòng)電容式式電子水準(zhǔn)準(zhǔn)器工作原理：：當(dāng)玻璃管管水準(zhǔn)器傾傾斜時(shí)，氣氣泡向旁邊邊偏離x，使C1C2中介質(zhì)的介介電常數(shù)發(fā)發(fā)生變化，，引起橋路路兩臂的電電抗發(fā)生變變化，因而而橋路失去去平衡，可可用測(cè)量裝裝置將其記記錄下來(lái)。。這種電子子水準(zhǔn)器可可固定地安安置在建筑筑物或設(shè)備備的適當(dāng)位位置，就能能自動(dòng)地進(jìn)進(jìn)行傾斜觀觀測(cè)。適用用于作動(dòng)態(tài)態(tài)觀測(cè)，形成差動(dòng)電電容裝置高頻交流電電壓C1C2構(gòu)成橋路兩兩臂Z1Z2為阻抗R載為負(fù)載電阻阻（三）攝影影測(cè)量方法法1.應(yīng)用：地面攝影測(cè)測(cè)量方法越越來(lái)越廣泛泛用于大型型工程建筑筑物的變形形觀測(cè)。大型的工程程建筑物：：混凝土大大壩、檔土土墻、高層層建筑物等等。空中攝影影測(cè)量也也有用于于較大范范圍的地地面變形形測(cè)量。。如：測(cè)定定由于地地下采礦礦而引起起的地表表移動(dòng).由于火山山噴發(fā)而而致的環(huán)環(huán)境變化化……2.優(yōu)點(diǎn)：①可同時(shí)時(shí)測(cè)定變變形體的的任何變變形②提供完完全和瞬瞬時(shí)的三三維空間間信息③大量減減少野外外的測(cè)量量工作量量④可以不不需要接接觸被測(cè)測(cè)物體⑤有了攝攝影底片片，可以以觀測(cè)到到變形體體以前的的狀態(tài)。。3.原理：有有基于固固定攝站站得時(shí)間間基線法法：測(cè)測(cè)二維變變形有立體攝攝影測(cè)量量方法：：測(cè)三維維變形固定攝站站的時(shí)間間基線法法原理：：原理：精度：參考點(diǎn)使使用：設(shè)設(shè)內(nèi)外方方位元素素不變，，第2次攝影時(shí)像點(diǎn)坐坐標(biāo)為x’，z’；內(nèi)外方位位元素變變化，像像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)測(cè)得為為設(shè)n個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)列誤差差方程可解算系系數(shù)地面立體體攝影測(cè)測(cè)量的解解析處理理方法有有：1.空間前方方交會(huì)法法2.空間后交交—前交法3.嚴(yán)密解法法4.直接線性性變換法法左像片右像片坐標(biāo)儀量量測(cè)的坐坐標(biāo)值像片坐標(biāo)標(biāo)像方空間間坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)已知知：對(duì)一一個(gè)時(shí)X列4個(gè)誤差方方程可解解出三維維坐標(biāo)當(dāng)DLT系數(shù)未知知：需布布至少6個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)，X解算出DLT系數(shù)再求求XX坐標(biāo).§1.2變形監(jiān)測(cè)測(cè)方案變形監(jiān)測(cè)測(cè)方案的的制定影影響到：：觀測(cè)的的成本成果的精精度和可可靠性變形監(jiān)測(cè)測(cè)方案的的制定包包括以下下幾個(gè)方方面：①變形觀觀測(cè)的精精度②變形觀觀測(cè)的周周期③變形觀觀測(cè)的內(nèi)內(nèi)容④變形觀觀測(cè)的方方法（監(jiān)監(jiān)測(cè)網(wǎng)布布置、觀觀測(cè)點(diǎn)布布置………）⑤變形觀觀測(cè)的成成本一、變形形觀測(cè)的的精度確確定典型精度度1mm或相對(duì)精精度為10-6，制定變形形觀測(cè)的的精度取取決于變變形的大大小、速速率、儀儀器和方法所能能達(dá)到的的實(shí)際精精度，以以及觀測(cè)測(cè)目的等等。一般：變形目的的是安全全監(jiān)測(cè)：觀測(cè)誤誤差<(1/10~1/20)允許變形形值變形目的的是研究究變形過(guò)過(guò)程：以以最高的的精度進(jìn)進(jìn)行變形形觀測(cè)如：某建建筑物為為框架結(jié)結(jié)構(gòu)，基基礎(chǔ)土層層為高壓壓縮土，，相鄰兩兩沉降觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的距離離，兩點(diǎn)差差異沉降降量的允允許值為為δ=0.003l=0.003×8=24mm兩點(diǎn)差異異沉降量量的觀測(cè)測(cè)中誤差差取為m差異=1/10δ=2.4mm差異沉降降量是兩兩次高差差之差，，而高差差又是兩兩點(diǎn)高程程之差，，則任一一測(cè)點(diǎn)高高程中誤誤差為又如：某某建筑物物高24m，允許傾傾斜值為為：δ=0.004Hg=96mm設(shè)傾斜是是平移和和沉降共共同作用用，影響響相等，，則允許許的平移移值為則：也和不同同的建筑筑物及建建筑物的的結(jié)構(gòu)、、部位等等有關(guān)。。一般：對(duì)對(duì)于有連連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)線的大大型車間間（鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，鋼鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的建筑筑物）m沉陷=2mmm高程H=1mm特種工程程設(shè)備m=0.1mm二、觀測(cè)的的周期觀測(cè)內(nèi)容沉陷量/mm水平位移/mm巖基上的混凝土壩壓縮土上的混凝土壩土壩施工期間土壩運(yùn)營(yíng)期間12105125~103~5大壩的要要求列于于下表：：定量：一般當(dāng)時(shí)時(shí)，認(rèn)認(rèn)為是有有變形，，否則為為誤差反反映。定性：與與荷載增增加、地地基土質(zhì)質(zhì)、沉降降變形速速度、變變形值大大小等有關(guān)。。一般：施施工中，，頻率要要大一些些，一般般三天，，七天，，半月。。竣工投產(chǎn)產(chǎn)：頻率率要小一一些，一一般一個(gè)個(gè)月、兩兩個(gè)月、、三個(gè)月、、半年、、一年等等。觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)穩(wěn)定后，，荷載增增加25％，每增增加15％，……………第1年4次，第2年2次，以后后每年1次。變形種類水庫(kù)蓄水前水庫(kù)蓄水水庫(kù)蓄水后2~3年正常運(yùn)營(yíng)沉

陷混凝土壩

相對(duì)水平位移

絕對(duì)水平位移土石壩

沉陷、水平位移1個(gè)月半個(gè)月0.5~1個(gè)月1季度1個(gè)月1周1季度1個(gè)月3~6個(gè)月半個(gè)月1季度1季度半年1個(gè)月6~12個(gè)月半年大壩變形形觀測(cè)周周期：三、變形形觀測(cè)的的內(nèi)容根據(jù)不同同類建筑筑物及建建筑物的的不同部部位，甲甲方、乙乙方綜合合商定。。四、變形形觀測(cè)的的方法前面所講講的變形形監(jiān)測(cè)技技術(shù)，都都是根據(jù)據(jù)控制點(diǎn)點(diǎn)直接測(cè)測(cè)定變形形的方法法，在所所有的方方法中，，都首先先要進(jìn)行行變形監(jiān)監(jiān)測(cè)控制制網(wǎng)的布布設(shè)，然然后才能能以此為為基礎(chǔ)測(cè)測(cè)定變形形值。控制網(wǎng)布布設(shè)：基準(zhǔn)點(diǎn)———工作作基點(diǎn)———觀測(cè)測(cè)點(diǎn)（目目標(biāo)點(diǎn)））①布置原原則：遠(yuǎn)離或深深埋近，有變變形建筑物上上，反應(yīng)應(yīng)建筑物物變形②標(biāo)志構(gòu)構(gòu)造形式式：如：地表表巖石標(biāo)標(biāo)考慮凍土土鉚釘深埋雙金金屬標(biāo)平峒巖石石標(biāo)爆擴(kuò)樁古樹根……③監(jiān)測(cè)測(cè)網(wǎng)坐坐標(biāo)系系和基基準(zhǔn)的的選擇擇：大地坐坐標(biāo)系系統(tǒng)：：當(dāng)變變形體體的范范圍較較大且且形狀狀不規(guī)規(guī)則時(shí)時(shí)，可可選用該系系統(tǒng)好處：：已知知系統(tǒng)統(tǒng)的歸歸化和和投影影改正正公式式監(jiān)測(cè)網(wǎng)網(wǎng)也可可得到到檢查查確定：：將監(jiān)監(jiān)測(cè)網(wǎng)網(wǎng)與已已有的的大地地網(wǎng)連連測(cè)或或?qū)⒋蟠蟮乜乜刂凭W(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)直直接作作為參考考點(diǎn)的的方法法即可可確定定一二三準(zhǔn)準(zhǔn)網(wǎng)秩秩虧數(shù)分別別為1、3、6（測(cè)邊邊時(shí)））↓↓1個(gè)已知知點(diǎn)2個(gè)已知知點(diǎn)基于監(jiān)監(jiān)測(cè)體體的坐坐標(biāo)系系統(tǒng)：：適用用于那那些具具有明明顯結(jié)結(jié)構(gòu)性性特征征的變變形體體坐標(biāo)軸軸與監(jiān)監(jiān)測(cè)體體的主主軸線線重合合、平平行或或垂直直。這時(shí)目目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)的變變形剛剛好在在某一一坐標(biāo)標(biāo)方向向上。。注意※※關(guān)鍵鍵：1.一旦選選定了了固定定基準(zhǔn)準(zhǔn)，該該基準(zhǔn)準(zhǔn)在整整個(gè)變變形監(jiān)監(jiān)測(cè)時(shí)時(shí)期都都應(yīng)保持不不變。。2.每一周周期的的觀測(cè)測(cè)方案案，觀觀測(cè)方方法（（儀器器、人人）和和精度度保持持不變變。④監(jiān)測(cè)測(cè)網(wǎng)的