第二章 变形观测技术3(变形网方案设计).ppt

第二章变形观测技术3,2.3变形监测方案设计的内容,1监测内容2监测方法、仪器和监测精度的确定3变形部位和测点布置的确定4变形监测频率的确定,一般地，变形监测方案制定的主要内容有：,方案设计的原则,a在确定监测方法方面，充分考虑地形、地质条件及监测环境，选择相适应的监测方法，人工直接监测和自动监测相结合。b在监测仪器选择方面，不要片面追求高、精、尖、多、全。监测仪器一般应满足精度、可靠度、牢固可靠三项要求，统筹考虑安排。c测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。一般情况下，主要测点的布设应能控制结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。d各个不同的监测方案，需要进行方案的比较和验证工作，使监测工作做到技术上有保证，经济上可行，实施时安全，数据上可靠，特别要强调的是应避免“唯武器论”，单方面追求高精度、自动化、多参数，脱离工程实际需要的监测方案。,2.3.1监测内容,监测内容的确定主要主要根据监测工程的性质和要求，在收集和阅读工程地质勘察报告、施工组织计划的基础上，根据施工周围的环境确定变形监测的内容。如：建筑物的变形监测就可能包含建筑物的沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测以及挠度监测等。对于危岩滑坡的成灾条件，变形监测则主要包括：危岩、滑坡地表及地下变形的二维（X、Y方向）或三维（X、Y、Z方向）位移、倾斜变化的监测；有关物理参数应力应变、地声变化的监测；环境因素地震、降雨量、气温、地表（下）水等的监测。,2.3.2监测方法和仪器的选择,变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。比如对于局部性的外部变形监测，高精度水准测量，高精度三角、三边、边角以及测量机器人监测系统是工程建筑物外部变形监测的良好手段和方法。而钻孔倾斜仪、多点位移仪则非常适合于工程建筑物内部的变形观测。,静态监测与动态监测的关系,1.由于观测条件的影响，静态监测一般应避开阳光太强或暴风雨的恶劣天气，而这时候才是变形体变形和振动幅度最明显的时候；动态监测是全天候的，可以监测任何时候的变形。2.静态监测可以不同精度监测建筑物的不同部位，而动态监测特别是GPS只能监测变形较大的位移等。3.静态监测体现的是相对于建筑物竣工状态的变化情况；而动态监测则是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控，体现了在各种荷载（特别是动荷载）情况下的瞬时状态。4.由于两者以上不同的特点，故静态监测与动态监测可以相辅相成，全面监测建筑物的运营状态，以达到共同监测建筑物安全的目的。,常用监测仪器比较,选择仪器时一般要注意,1.选择观测仪器必须从监测实际情况出发，选用的仪器应能满足监测精度的要求。2.在选用仪器时，既要注意环境条件，又要避免盲目追求精度。3.仪器应该有足够的量程，一般要满足监测的要求。4.一般说来，电测仪器的适应性不如机械仪器仪表，而机械仪器仪表的适应性又不如光学仪器。,2.3.3变形监测精度的确定,1.典型精度是lmm或相对精度为10-62.特种工程设备(例如高能加速器，大型天线)，要求变形观测的精度高达o.1mm3.滑坡变形测定精度一般在1050mm之间。,制定变形观测的精度取决于变形的大小、速率、仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等。国际测绘工作者联合会（FIG）第13届会议（1971年）指出为确保建筑物的安全，则其观测的误差应小于允许变形值的110120；如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。,4大坝变形观测典型精度,2.3.4变形部位和测点布置,1在满足监测目的前提下，测点数量和布置必须是充分的、足够的；同时测点宜少不宜多，不能盲目设置测点。2测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。主要测点的布设应能反映结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。3测点的布置对观测工作应该是方便的、安全的。4应该布置一定数量的校核性测点，以保证观测结果绝对可靠，另一方面也可提供多余观测数据，供分析时采用。5观测点应该布置在点位稳定并能长期保存的地方，同时要求观测点与建筑物牢固地结合在一起，这样观测点的变形量，就代表了建筑物的变形。,参考点的布设,远离变形区域点位稳定，一般要钻孔深埋，与基岩固结在一起不受干扰周围要埋设保护点,2.3.5变形监测频率的确定,1.变形监测的频率取决于变形的大小、速度以及观测的目的。2.通常，在工程建筑物建成初期，变形的速度比较快，因此观测频率也要大一些。经过一段时间后，建筑物趋于稳定，可以减少观测次数，但要坚持定期观测。3.对于周期性的变形，在一个变形周期内至少应观测两次。一个周期所有的工作必须在所允许的时间间隔内完成，否则将歪曲目标点坐标值。,2.3.5综合变形监测系统,在坝顶、1号和3号廊道内设置了激光准直系统；在1号和3号廊道中还分别进行了“引张线法”和“测小角法”在主坝段埋设了3条倒锤，用于测定大坝的挠度。在主坝的下游，设计了一个变形观测参考网，参考网以一等三角测量精度观测(角度测量中误差为土5“)，从参考网点用前方交会法测定大坝下游面上目标点的位移。用精密水准测量测定坝和基础的沉陷以及基础的倾斜另外，还在底层廊道中设置了静力水准测量网，可以和几何水准测量成果互相校核。,2.4变形网设计,2.4.1、变形网的布设,（一）平面控制网（二）沉降监测网,（一）平面控制网,变形监测网：小型的、专用的、高精度。1.基准点。2.工作点：工作点与基准点构成变形监测的首级网。3.变形监测点：变形监测点与工作点组成次级网。,变形监测控制网的原则,1.变形监测网应为独立控制网。2.变形监测控制点的埋设，应以现有工程地质条件为依据，因地制宜地进行。埋设的位置最好能选在沉降影响范围之外，又要考虑不能将基准点处于网的边缘。3.布网图形的选择，由于变形监测是查明变形体（建筑物等）位置随时间变化的微小量，因此布网的图形应与变形体的形状相适应。要考虑哪些点位在特定方向上的精度要求要高一些，应有所侧重。由于边短，所以要尽可能减少测站和目标的对中误差。测站点应建造具有强制对中器的监测墩，用以安置测角仪器和测距仪。,（二）沉降监测网,沉降变形网一般采用多结点闭合水准网，并重复按精密水准测量的方法进行测量。具体做法是：1.在建筑物的外围布设一条闭合水准环行路线；2.进行精密水准测量，将测量的外业成果用严密平差的方法，求出各水准点和沉降监测点的高程最或是值。3.某一沉降监测点的沉降量即为首次监测求得的高程与该次复测后求得的高程之差。,沉降监测水准点在布设原则,1.根据监测精度的要求，应布成网形最合理、测站数最少的监测环路。2.水准网应有四个埋设深度足够的基准点作为起算点。3.水准点应视现场情况，设置在较明显而且通视良好保证安全的地方，并且要求便于进行联测。4.观测点应布设在拟监测的建筑物之间，距离一般为20m到40m左右。5.监测单独建筑物时，至少布设三个水准点。6.水准点应埋设在冻土线以下半米处，墙上水准点应埋在永久性建筑物上，离开地面高度约半米左右。7.基准点与工作点应联结成网，网形可布设成闭合环、结点或附和水准路线等形式。,2.4.2变形网的特点,1.布网的目的,2.布网的原则,3.变形网的多余观测多,4.变形网边短，精度高,5.变形网可以没有已知数据,工程控制网布网的目的是为了保证工程的各个部位能处在一定的相互关系当中。衡量控制网等级的一个重要指标就是网的最弱边。但变形网则不同，变形网布网的目的是为了测定网点的变形，而网点之间的相对精度则不是主要的。由于布网的目的不同，影响网的质量因素也就不同，强调观测条件相同。,1.布网的目的,工程控制网布网时，网点的选择一般是按这样的原则进行：（1）网点的视野要开阔；（2）网点之间构成的图形要规则，最好是等边三角形；（3）三角形的角度一般要在30150之内。而变形网则完全根据变形测量的需要来布设网点，主要强调点位稳定。,2.布网的原则,3.变形网的多余观测多,变形网图形复杂，多余观测多。工程控制网平差时既可以按条件平差，也可以按间接平差。而变形网由于图形复杂，变形网一般采用间接平差进行平差。,变形测量网的边长一般在几百米，最多1km左右，即使是专用于地震监测的变形监测网边长也多在1km左右，但观测往往是按国家一、二等精度要求进行，或采用最先进的仪器。而高精度仪器主要集中在地震部门和水电部门，目前这些先进的仪器也主要用于变形监测。,4.变形网边短，精度高,5.变形网可以没有已知数据,一、绝对网和相对网,变形监测网一般可分为绝过网和相对网。,绝对网是指有部分点子位于变形体外的监测网；绝对网多用于工程建筑物的变形监测。,相对网是指网的全部点位于变形体上的监测网。当变形区域很大，或变形范围难以确定，监测网只有采用相对网的形式。,2.4.3监测网的参考系,二、监测网的参考系,在监测网平差中的起算数据，称为平差问题的基准。基准给出了控制网的位置、尺度和方位的定义，实际上是给出了控制网的参考系。所以往往将基准与参考系作为同一个内涵的概念来称谓。（位置、尺度和方位是指什么？）平差基准：经典平差基准；秩亏自由网平差基准：拟稳平差基准。,三.参考系的选择对位移计