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(shí)數(shù)：24 學(xué)時(shí)（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(shí)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(shí)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(diǎn) §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(yàn)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(dá)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(dòng)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(dá)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(tái)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(yáng)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(xiàng)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(jìn)行檢測加固,安徽金寨梅山水電大壩,利用全自動(dòng)全站儀進(jìn)行大壩監(jiān)測,利用近景攝影測量方法進(jìn)行大壩監(jiān)測,,,浙江秦山核電站,,北京正負(fù)電子對撞機(jī),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(yuǎn)鏡,1963年美國安裝在波多黎各的阿雷西博射電天文臺(tái)的著名拋物面射電望遠(yuǎn)鏡 (直徑305米),500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST),當(dāng)變形值在一定限度之內(nèi)時(shí)，可認(rèn)為是正?，F(xiàn)象，如果超過了規(guī)定的限度，就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及建筑物的安全和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。 因此

11、，在工程建（構(gòu)）筑物的施工、使用和運(yùn)營期間，必須對它們進(jìn)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(shí)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(dòng)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(shí)進(jìn)行，以便互相驗(yàn)證和補(bǔ)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(shí)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(dòng)、地球自轉(zhuǎn)速度

13、以及地殼板塊運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(huì)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(dòng)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(dòng)態(tài)荷載）,此外，由于勘測、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理方面的工作缺陷，還會(huì)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(yùn)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(shí)變形,(2)按變形

16、狀態(tài)則可分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形,靜態(tài)變形: 是指變形監(jiān)測結(jié)果僅表示為時(shí)間的函數(shù)； 動(dòng)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)對于時(shí)間的變化，其觀測結(jié)果是表示建筑物在某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)變形。,是周期性地對擬定的觀測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測，求得其在兩個(gè)觀測周期間的變化量；或采用自動(dòng)遙測記錄儀監(jiān)測建（構(gòu)）筑物的瞬時(shí)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(xì)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(yùn)營理過程中，產(chǎn)生不利于建筑物穩(wěn)定的變化因素時(shí)，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(xiǎn)甚至破壞，給人民的生命財(cái)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(shí)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(fèi)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(huì)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(huì)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(bào)，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(jì)1371人在滑坡前夕全部安全撤離，無一人傷亡，而且使正在險(xiǎn)區(qū)長江上、下游航行的11艘船只及時(shí)避險(xiǎn)。 為

22、國家減少直接經(jīng)濟(jì)損失8700萬元，被譽(yù)為我國滑坡變形監(jiān)測預(yù)報(bào)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(dòng)化變形監(jiān)測系統(tǒng)在抗洪錯(cuò)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(yùn)營所進(jìn)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(jì)理論以及古建筑保護(hù)進(jìn)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(shí)間特性；在發(fā)生不正常現(xiàn)象時(shí)，可以及時(shí)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(jì)為目的 通過施工和運(yùn)營期間對建筑物的觀測，分析研究其資料，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論，所采用的各項(xiàng)參數(shù)與施工措施是否合理，為以后改進(jìn)設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說，建立正確的變形預(yù)報(bào)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(píng)價(jià)。,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(dá)到此目的，應(yīng)在工程建筑物設(shè)計(jì)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(shí)，就著手?jǐn)M定變形觀測的設(shè)計(jì)方案，并將其作為工程建筑物的一項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，以便在施工時(shí)，就將觀測標(biāo)志和設(shè)備埋置在設(shè)計(jì)位置上，從建筑物開始施工就進(jìn)行觀測，一直持續(xù)到變形終止為止。,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了許多關(guān)系到國計(jì)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(dòng)了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，使農(nóng)村脫貧致富、工業(yè)逐步強(qiáng)大、城市更加繁榮，也促進(jìn)了我國在土木、水利、交通設(shè)計(jì)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(shí)，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(yùn)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(jìn)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(dòng)電子全站儀（測量機(jī)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(jìn)行全天候自動(dòng)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(gè)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(jì)、施工和運(yùn)營管理的各個(gè)階段。 國家建設(shè)部于1998年頒布實(shí)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(jìn)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(diǎn),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(jìn)行基坑

32、回彈測量 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，可加大埋深，利用天然地基。當(dāng)?shù)鼗钔诤?，土的自重失去平衡，?huì)產(chǎn)生基坑地面隆起變形，需進(jìn)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(diǎn),（1）基礎(chǔ)較深，需進(jìn)行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進(jìn)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(dá)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(jìn)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(diǎn),（1）基礎(chǔ)較深，需進(jìn)行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進(jìn)行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進(jìn)行傾斜觀測 高層建筑除在設(shè)計(jì)時(shí)注意控制水平荷載產(chǎn)生的位移，施工時(shí)要分層計(jì)算逐層調(diào)整外，建成之后仍要進(jìn)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(diǎn),（1）基礎(chǔ)較深，需進(jìn)行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進(jìn)行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進(jìn)行傾斜觀測,（4）風(fēng)荷載大，需進(jìn)行風(fēng)振測量 高層建筑在風(fēng)荷載

35、作用下，受振動(dòng)而變形，特別在臺(tái)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(shí)，其最高點(diǎn)要偏離16.5cm，在偏離處還要引起振幅為18.3cm的振動(dòng)，因此最大偏離可達(dá)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(jìn)行風(fēng)振測量,（5）墻體溫差大，需進(jìn)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(diǎn),（1）基礎(chǔ)較深，需進(jìn)行基坑回彈測量,（2）沉降量較大，需進(jìn)行沉降觀測,（3）樓體高力矩大，需進(jìn)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(diǎn),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(diǎn)。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(dòng)，而橋梁與橋面則在交通工具通過時(shí)必然會(huì)在垂直方向上產(chǎn)生垂曲和振動(dòng)； 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(diǎn),精度要求是建

38、(構(gòu))筑物變形監(jiān)測中的一個(gè)重要問題。因?yàn)樽冃伪O(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(jí)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(dá)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(jìn)行評(píng)估和預(yù)報(bào)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(shí)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(yàn)測量成果質(zhì)量的基本要求。,變形監(jiān)測的結(jié)果能否達(dá)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(gè)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(jì)、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(diǎn)的布置； （2）

40、觀測的精度與頻率； （3）觀測所進(jìn)行的時(shí)間。,§1.2 變形監(jiān)測的特點(diǎn),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(jì)的允許變形值的大小和進(jìn)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(huì)（FIG）第16屆大會(huì)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(diǎn),建(構(gòu))筑物變形監(jiān)測的等級(jí)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(jì)人員提出的允許傾斜度i=tgα=4‰;,,,,H,ΔB,α,建筑物頂點(diǎn)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(diǎn),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(shí)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(shí)刻為原則，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)變形量的大小及外界因素的影響來確定。 2.當(dāng)實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，則應(yīng)及時(shí)相應(yīng)地增加觀測次數(shù)。,§1.2 變形監(jiān)測的特

43、點(diǎn),在荷載的影響下，基礎(chǔ)下土層的壓縮是逐漸實(shí)現(xiàn)的，因而基礎(chǔ)的沉降也是逐漸增加的。 一般認(rèn)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(diǎn),對于沙類土層上基礎(chǔ)的沉降過程可分為四個(gè)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(dá)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(shí)，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(diǎn),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(shí)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(jìn)度及時(shí)進(jìn)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(shí)間應(yīng)根據(jù)地基狀況與荷載增加的進(jìn)度來確定。,§1.2 變形監(jiān)測的特點(diǎn),(1)根據(jù)施工進(jìn)度，編制觀測日歷，按計(jì)劃進(jìn)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(jìn)行觀測。(2)如建筑物均勻增高，可根據(jù)荷載增加的進(jìn)度進(jìn)行 從觀測點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定后進(jìn)行第一次觀測，當(dāng)荷載增加到25%時(shí)觀測一次，以后每增加15%觀測一次。(3)施工過程中如暫時(shí)停工，要求在停工和重新開工時(shí)各觀測一次。停工期間可每隔2～3個(gè)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(jìn)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(gè)月、兩個(gè)月、三個(gè)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(jì)劃和荷載增加的進(jìn)度所進(jìn)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(shí)增加的變形觀測，稱為附加觀測。 例如: (1) 基礎(chǔ)上的負(fù)荷或附近地面荷載急劇增加或減少時(shí)； (2) 外界溫度急劇變化； (3) 基礎(chǔ)四周地面大量積水、長時(shí)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(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線判定。 對重點(diǎn)工程和以科研為目的 若最后三個(gè)周

51、期觀測中，每周期沉降量不大于 倍測量中誤差可認(rèn)為已進(jìn)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(rèn)為已進(jìn)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(gè)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(dá)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(jì)測量等。 上述各種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合，實(shí)際工作中一般綜合采用多種方法，取長補(bǔ)短，相互校核。,§1.2 變形監(jiān)測的特點(diǎn),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(shí)間重復(fù)進(jìn)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(shí)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(jì)—監(jiān)測技術(shù)—數(shù)據(jù)處理變形分析—安全預(yù)報(bào) 要求從事變形監(jiān)測的技術(shù)人員必須能夠綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，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(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等。,§1.2 變形監(jiān)測的特點(diǎn),§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(dòng)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(dá)式，進(jìn)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(jìn)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(jì)的理論以及所采用的各類經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)分析(定量分析),３．變形預(yù)報(bào)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(bào)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(diǎn)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(jìn)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