地面形变监测-林海 PPT课件

工程测量（之一）变形测量,1,目录,一、概述二、垂直位移测量三、水平位移测量四、其他,2,一、概述,矿山地质环境保护规定（国土资源部令第44号）第12条规定：矿山地质环境保护与治理恢复方案应当包括下列内容：（五）矿山地质环境监测方案；矿山地质环境保护与治理恢复编制规范第十章第二节第七款中，明确提出：监测的对象和内容，提出矿山地质环境保护与治理恢复工程和矿山地质环境监测工程，并分别提出有针对性的技术措施。以及它们的直接费用。,3,针对44令和规范提出的要求，下面将主要对地面沉降及变形的监测做一简单介绍（实际运用较多）。崩塌、滑坡、泥石流的监测，可参照崩塌、滑坡、泥石流监测规范进行。含水层及地形地貌景观破坏可参考相应的技术规定（规范）来进行。1、定义：开发地下资源、大量建筑物建设及安装精密机械、导轨、科学实验设备或设施，由于各种因素的影响，使它们在运营过程中产生变形。如果在一定限度内，是正常现象。但超过规定的界限，就会影响它们的正常使用，甚至会造成危害。因此，在施工和运营期间对它们进行监视观测，即变形测量。简言之：就是用仪器来测定目标物在荷重或外力作用下，随时间变化而产生的变形。,4,2、分类：按类型分：静态和动态。一个是只表示某一时间段内的变形（时间函数）；一个是指在外力作用下产生的变形（外力函数）按速度分：长周期（阶段沉降或倾斜）、短周期（如日照引起变形）、瞬时（风振引起的变形等，一般用自动记录仪器）3、任务：周期性对观测点进行重复观测，求得每个观测周期间的变化量（值）,5,4、种类：A、沉降观测B、水平位移观测C、倾斜观测D、裂缝观测E、风振测量F、其他重点介绍沉降和水平位移测量（监测）,6,二、垂直（沉降）位移测量,1、基准点、监测点的布设：（1）基准点（控制点）A、是沉降观测的基准点，其构造与埋设必须保证其稳定不动和长久保存B、布设一般为三个以上，且最理想的是组成一个等边三角形。应选择构造稳定的基岩或较稳定的地面,7,C、结构一般为混凝土等边四棱台，且上部中心位置镶嵌不锈钢或铸铁标志。四棱台上部边长为20厘米，下部边长为50厘米。中心标志为圆柱体，直径2.5厘米。如图：单位：厘米,8,C、埋设首先开挖一个基坑，底部应100厘米X100厘米，深度为6080厘米。其次将底部夯实并铺垫20厘米的混凝土，然后将提前预制好的标石放入未干的混凝土垫层中。待完全凝固后，回填碎石土并夯实（夯实时应注意四周的均匀）。第三，标石上的标志应盖一保护盖。最后上面覆盖一水泥盖，覆土填埋并做好标记。注意：标石埋设完后，应稳定一段时间后再进行观测。一般为30天以上，最好经过一个雨季。,9,（2）监测点（观测点）A、选埋应科学合理，分布均匀，保证重点（最有可能发生最大变形或危险性变形的部位），做好纪录。B、类型一般有四种：铆钉式、焊接式、角钢式和螺旋式如何选择，应根据实际情况来定。如果地面松软，则应进行埋石（规格见图，埋设方法同基准点）,10,3、观测方法及精度：（1）观测：一般采用二等水准测量，特殊可放宽至三等（基准点必须二等以上）。其路线应采用附和路线并往返测。仪器应采用DS05或DS1型，标尺应使用双排分划线条式铟瓦尺或条码尺（电子水准仪的专用尺）。三等水准可采用DS3型，标尺用木质区格尺（双面，黑红两色）观测顺序一般采用往测“后前前后”，返测采用“前后后前”（2）精度：观测等级不同，其精度要求不同,11,A、二等水准：只介绍一般常用，具体参照相关规范或规定（三等水准同）。基本原则是：、视距50米，前后视距差1米，前后视距累计差3米，视线高度（下丝读数）0.3米。如图：L为前后视距差、测段往返测高差较差、附合路线闭合差、环闭合差=4k其中：K为路线长度，单位：千米。,12,B、三等水准基本原则、DS3型（DS1、DS05型）：视距75（100）米，前后视距差2米，前后视距积累差5米。视线高度必须三丝能读数。、测段、路线往返测高差不符值：12L，附合路线或环线闭合差：平原：12L；山区：15L。其中：L为长度，单位为千米。注意：仪器使用前必须经过法定测绘仪器鉴定部门对仪器、标尺进行检验，合格后才能进行监测。,13,（4）报告编制中的错误A、图根水准等外水准B、“后后前前”此方式为四等以下水准C、“每千米中误差25毫米”此误差衡量测量数据明显不合适。距离短，计算麻烦。,14,三、水平位移测量（简介）,1、测量方法基准线法视准线（活动觇板）法、测小角法、激光准值法交会法前方交会、后方交会法机械法正值线、倒缠线、引张线法导线法线性下面只简介基准线法和交会法,15,2、基准线法（1）视准线（活动觇板）法原理：首先建立一条不变的基准线，然后由它来测定监测点的位移值。如下图：,16,A、B为两基点，此两点间的直线为视准线，P为待测点上活动觇牌（上面的标尺与监测点固定在一起）。以AB基线为基准，在规定的时间对标尺进行读数，其差值即为相对于基线的位移。因觇牌与基线垂直，故位移值即为监测点的水平位移。注意：1、此法一般布设三级点位，即校核基点、工作基点和监测点。2、校核和工作基点应选择不易破坏和通视情况较好的位置。如果距离超过500米，则应增加分段工作基点。3、校核基点用于恢复被破坏的工作基点用。4、各种点位必须建立观测墩，以保证观测质量。且必须使用强制对中装置。,18,（2）测小角（测微器）法原理：采用高精度经纬仪或全站仪测出基准线与监测点之间的微小角度和水平距离，按下式计算位移值。如图：,19,式中：A、B为基准点，P为监测点，L为偏离（位移）值，为所测的小角度，S为基准点至监测点的水平距离，为弧度值的常数。注意：1、基准点、监测点埋设完毕后，必须待其稳定以后进行第一次观测并计算，作为基准值，以后再观测的数据并计算后与其比较，作为监测点的位移值，2、监测点的埋设必须在仪器测微器的范围之内，不得超出其范围。3、位移量太大，不能采用此方法,20,（3）激光准值法分为激光经纬仪准值和波带板准值由于该仪器价格较贵，且比较娇贵，使用范围不大，故暂不介绍。有感兴趣的，可单独交流。,21,3、交会法（1）前方交会法原理：利用两个基准点对若干监测点分别组成三角形进行观测，然后按三角函数中的正弦定理计算出纵横坐标值作为基准值，以后再次观测、计算的坐标与基准值进行比较确定监测点的位移值。注意：1、图形交会角必须大于30，小于1502、基准点、监测点必须建立观测墩并加强制对中装置。,22,（2）后方交会法原理：在监测点分别向三个以上基准点观测，利用三角函数中的余弦定理计算出纵横坐标值作为基准值，其余同前方交会。注意：1、避免出现危险圆（两个观测角加三角形顶角之和在160200之间）。2、同前方交会。,23,（4）报告编制中的错误A、“全站仪结合皮尺（测绳）”最先进与最原始的结合B、“方格网布点，每100米一个点”此方法很好，但不实用。应实事求是，站在矿山企业的立场上考虑问题，以最小的投入，换取最大地效益。,24,四、其他,1、坐标系统及高程基准（1）坐标系统：1980西安平面坐标系，原点在陕西省泾阳县永乐镇石际寺村境内（2）高程基准：1985国家高程基准，原点在青岛观象山（3）原坐标系统：1954北京坐标系，原点是前苏联玻尔可夫天文台。现已废止。（4）原高程系统：1956黄海高程系，原点同上。现已废止。,25,（5）WGS84：世界坐标系。GPS或RTK直接测量所得。需通过转换至我国平面坐标系统和高程基准。（6）坐标名称及保密问题2、观测前的准备工作（1）仪器、标尺需经过专业部门的检验（2）脚架的螺丝必须紧固（3）i角的检验3、观测中的注意事项（1）观测所使用的仪器、标尺、尺垫等必须固定。最理想是观测时间和人员也固定,26,（3）迁站时，仪器最好装箱。如果距离较近也可将脚架分开，将基座平放在一侧的肩膀上，并将仪器望远镜固定螺旋松开。严格禁止将脚架（仪器未卸下）横担在肩膀上（4）尺垫搁置在地面上后，必须用脚用力踩牢（5）纪录者纪录时，必须将观测员所读数据重复报出确认后再纪录。严禁就字改字、连环涂改、使用橡皮和刀片；所纪录数据的后两位数字严禁涂改（计算数据不计）（6）同一测站观测，不得两次调焦（7）同一测段往返测，测站数均为偶数站（8）由往测变为返测时，两只标尺必须互换位置，并重新整置仪器,27,4、关于工作底图的原则矿山地质环境治理恢复现状图、评估图、分区图等工作图件的底图必须保证几个基本要素：（1）地形、地貌（含最高和最低点高程、堤坝上高程、重要地区周围陡坎或梯田或冲沟和洼地的高程等必须标注）（2）基础设施（各等级公路、铁路、水利设施、名胜古迹、重要指示标志等）（3）水系（河流、沟渠、水库、较大水塘、堤坝等）（4）居民地（村庄、学校、厂矿企业等）,28,5、关于尾矿库评价的几个原则（1）尾矿库所在的地质构造是否允许建库（2）尾矿库上游的汇水区范围、水量大小，松散堆积物的分布情况、数量、范围等能否对尾矿库造成影响（3）尾矿库下游受影响的范围面积、人员数量、设施分布、经济损失等注意：尾矿库坝是否坚固？库内堆积物是否合理？库内数量是否超载等，均不是我们所关心的内容，那些都是安监部门的职责或是工程建设的质量及安全生产方面的问题。,29,附：监测方案的编制原则,首先应了解矿山企业的测量队伍及仪器设备情况，然后在方案编写时：1、确定监测对象（沉降、位移、范围）2、确定监测方法（水准、平面、布点及数量、标图）3、确定精度指标4、监测时间（每次和长期）5、确定经费预算,30,方案解析监测方法为：在工业场地建立采空塌陷及地裂缝监测基岩标，以验证地面变形量和下沉值。采用图根水准测量对地面建筑物和地表开裂进行监测，利用1956年黄海高程系，测量仪器采用S3型水准仪配合区格木质双面标尺，作业前对仪器和标尺应进行检查和检定