岩土工程地基与桩基础检测监测

岩土工程监测丁万涛主要内容绪论测试技术基础知识岩土的原位测试技术基坑工程中的岩土工程问题监测地下工程中的岩土工程问题监测边坡工程中的岩土工程问题监测地基加固的检验与检测桩基础的测试与检测第一章绪论本课程的目的和意义本课程在岩土工程中的地位与作用岩土工程测试、检测及监测技术简介岩土工程测试与检测技术的现状与展望1.1本课程的目的和意义岩土工程是利用土力学、岩体力学及工程地质学的理论和方法，为研究各类土建工程中涉及岩土体的利用、整治和改造问题而进行的系统工作。岩土力学理论要变为工程现实，需要相应的测试手段。岩土工程设计、施工，试验工作非常重要，它是学科理论研究与发展的基础。1.2本课程在岩土工程中的地位与作用岩土力学在一定意义上讲就是一门试验力学，试验是土力学发展的基础。岩土体的复杂性使前期勘察与试验结果存在着一定的不确定性，在岩土工程施工过程中还必须通过现场监测与检测，以确保岩土工程的安全性。岩土工程测试技术不仅在工程实践中十分重要，而且在学科理论的研究与发展中也起着决定性作用。监测与检测的重要性保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善，便于总结工作经验和形成新的认识。依据监测结果，利用反演分析的方法，求出能使理论分析与实测基本一致的工程参数。1.3岩土工程测试、检测及监测技术简介岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学试验、原位测试、原型试验和现场监测等。室内土工试验：观测判别试验、物理性质试验、化学性质试验和力学性质试验等。岩体力学试验：常规力学指标和岩体变形与破坏机理的分析与研究。原位测试：基本保持被测试岩土体的结构、含水量及应力状态不变的条件下测定其基本物理力学性能。1.3.1原位测试获取设计参数的原位试验；提供施工控制和反演分析参数的原位检测。优点：1、避开取土样困难，测定难以采取不扰动试样土层的工程性质；2、在原位应力条件下试验，避免采用过程中应力释放的影响；3、试验的岩土体体积较大，代表性强；4、工作效率较高，可大大缩短勘探试验的周期。1.3.1原位测试缺点1、各种原位测试都有其针对性和适用条件；2、原位测试所得参数与土的工程性质间的关系往往建立在统计关系上；3、影响原位测试成果的因素较为复杂（如周围的应力场、排水条件和施工过程对测试环境的干扰等），使得对测定值的准确判定造成一定的困难；4、原位测试中的主应力方向与实际岩土工程问题中多变的主应力方向往往并不一致。1.3.2原型试验原型试验以实际地下结构物为对象在现场地质条件下按设计荷载条件进行试验，其试验结果具有直观、可靠等优点，主要有桩基试验、锚杆试验等；通过原型试验可以进一步验证工程勘察结果和设计结果的正确性与可靠性。1.3.3现场场监监测测以实实际际工工程程作作为为对对象象，，在在施施工工期期及及工工后后期期对对整整个个岩岩土土体体和和地地下下结结构构以以及及周周围围环环境境，，于于事事先先设设定定的的点点位位上上，，按按设设定定的的时时间间间间隔隔进进行行应应力力和和变变形形现现场场观观测测。。目的的：：1、检检验验岩岩土土工工程程施施工工质质量量是是否否满满足足岩岩土土工工程程设设计计和和有有关关规规程程、、规规范范的的要要求求；；2、指指导导岩岩土土工工程程的的施施工工方方法法、、流流程程和和施施工工进进度度，，通通过过岩岩土土工工程程监监测测反反馈馈分分析析岩岩土土工工程程设设计计与与施施工工是是否否合合理理，，并并为为后后续续设设计计与与施施工工方方案案提提供供优优化化意意见见；；3、检检测测岩岩土土工工程程施施工工对对环环境境的的影影响响，，验验证证岩岩土土工工程程施施工工防防护护措措施施的的效效果果；；4、及及时时发发现现和和预预报报岩岩土土工工程程施施工工过过程程中中所所出出现现的的异异常常情情况况、、防防止止岩岩土土工工程程施施工工事事故故，，保保障障岩岩土土工工程程施施工工安安全全；；5、提供定量量的岩土工工程质量事事故鉴定依依据；6、为建（构构）筑物的的竣工验收收提供所需需的监测资资料。1.3.3现场监测现场监测工工作的主要要内容：1、对岩土所所受到的施施工作用、、各类荷载载的大小以以及在这些些荷载作用用下岩土反反应性状的的监测；2、对建设中中或运营中中结构物的的监测；3、监测岩土土工程在施施工及运营营过程中对对周围环境境的影响。。1.4岩土工程测测试与检测测技术的现现状与展望望现状：1、手段单一一2、结果缺乏乏合理的解解释3、管理制度度不健全4、人员培训训不及时采取相应措措施：1、建立健全全行业管理理制度，提提高工作人人员素质2、增强对从从事岩土工工程工作的的单位考核核与管理，，提高人员员培训与考考核3、加强岩土土工程各个个环节的控控制，增强强对检测、、测试环节节的阶段验验收和最终终评判展望：1、取样技术术标准化2、新仪器新新方法的开开发3、工程地球球物理探测测4、现场测试试、室内试试验、理论论预测和数数值反分析析及其再预预测的有机机结合与循循环第二章测测试技术术基础知识识测试：信息息采集，获获取测试数数据；以确确定量值为为目的的一一系列操作作。测试系统：：传感技术术的实体，，传感器与与多台仪表表的组合。。2.1.1测试将测试值值与同种种性质的的标准量量进行比比较，确确定被测测试值对对标准量量的倍数数。2.1.2测试系统统测试系统统：传感感器与测测试仪表表、变换换装置等等的有机机组合。。传感器：：感受被被测试的的大小并并输出相相对应的的可用输输出信号号的器件件或装置置。数据传输输环节：：传输数数据。数据处理理环节：：信号处处理和变变换。数据显示示环节：：被测试试信息变变成人感感官能接接受的形形式，以以完成监监视、控控制或分分析的目目的。2.2传感器的的基本特特性传感器：：敏感元元件、转转换元件件和测试试电路。。传感器性性能评价价：静态态特性和和动态特特性。静态特性性：当被被测量的的各个值值处于稳稳定状态态时，传传感器的的输出值值与输入入值之间间的关系系数学表表达式、、曲线或或数表。。动态特性性：当被被测量值值随时间间变化时时，传感感器的输输出值与与输入值值之间关关系的数数学表达达式、曲曲线或数数表。2.2.1传感器的的静态特特性参数数指标主要指标标：灵敏敏度、线线性度（（直线度度）和回回程误差差（迟滞滞性）灵敏度（（Ｓ）：：稳态时传传感器输输出量Y和输入量量X之比，或或输出量量Y的增量和和输入量量X的增量之之比。线性度（（非线性性误差））传感器的的输出-输入校准准曲线与与理论拟拟合曲线线之间的的最大偏偏差与传传感器满满量程输输出之比比。理想的传传感器输输出与输输入呈线线性关系系。线性性度是评评价非线线性程度度的参数数。回程误差差（迟滞滞性）输入逐渐渐增加到到某一值值与输入入逐渐减减小到同同一输入入值时的的输出值值不相等等，叫迟迟滞现象象。迟滞差：：对于同同一输入入值所得得到的两两个输出出值之间间的最大大差值hmax与量程A的比值的的百分率率。分辨力：传感器器能检测测到的最最小输入入增量。。在输入入零点附附近的分分辨力称称为阀值值。测量范围围和量程程：在允许许误差限限内，被被测量值值的下限限与上限限之间的的范围。。重复性：传感器器在同一一条件下下，被测测输入量量按同一一方向作作全量程程连续多多次重复复测量时时，所得得输出-输入入曲曲线线的的不不一一致致程程度度。。零漂漂：传传感感器器在在无无输输入入或或输输入入为为另另一一值值时时，，每每隔隔一一定定时时间间，，其其输输出出值值偏偏离离原原始始值值的的最最大大偏偏差差与与满满量量程程的的百百分分比比。。温漂漂：温温度度每每升升高高1度，，传传感感器器输输出出值值的的最最大大偏偏差差与与满满量量程程的的百百分分比比。。2.2.2传感感器器的的动动态态特特性性通常常根根据据正正弦弦变变化化与与阶阶跃跃变变化化两两种种标标准准输输入入来来考考察察传传感感器器的的响响应应特特性性。。建立立数数学学模模型型来来分分析析和和处处理理传传感感器器的的动动态态响响应应。。线性性系系统统的的动动态态响响应应，，广广泛泛使使用用的的数数学学模模型型是是普普通通线线性性常常系系数数微微分分方方程程。。2.3常用用传传感感器器的的类类型型和和工工作作原原理理变换换原原理理：：电电阻阻式式、、电电容容式式、、差差动动变变压压器器式式、、光光电电式式等等。。被测测量量的的物物理理量量：：位位移移传传感感器器、、压压力力传传感感器器、、速速度度传传感感器器。。2.3.1差动动电电阻阻式式传传感感器器（卡卡尔尔逊逊式式仪仪器器））组成成：：两两根根弹弹性性钢钢丝丝作作为为传传感感元元件件，，一一根根受受拉拉，，一一根根受受压压。。钢丝丝特特性性之之一一环境境变变量量变变化化，，钢钢丝丝电电阻阻值值反反向向变变化化，，两两个个元元件件的的电电阻阻值值比比值值，，测测出出物物理理量量的的数数值值。。当钢钢丝丝受受到到拉拉力力作作用用而而产产生生弹弹性性变变形形，，其其变变形形与与电电阻阻变变化化之之间间关关系系：：钢丝丝特特性性之之二二钢丝丝电电阻阻随随其其温温度度变变化化之之间间的的近近似似线线性性关关系系：：工作作原原理理：：仪器器受受力力变变形形，，钢钢丝丝电电阻阻产产生生差差动动变变化化，，一一根根受受拉拉，，电电阻阻增增加加，，一一根根受受压压，，电电阻阻减减少少，，两两个个钢钢丝丝的的串串联联电电阻阻不不变变而而电电阻阻比比R1/R2发生变化化，得到到钢丝电电阻比值值，就得得到仪器器的变形形或应力力；温度改变变时，钢钢丝电阻阻变化是是同方向向的，温温度升高高时，两两根钢丝丝的电阻阻都减少少。获得得钢丝的的串联电电阻，就就可求得得仪器测测点位置置的稳定定。差动式应应变计：：灵敏度较较高，性性能稳定定，耐久久性好2.3.2钢弦频率率式传感感器组成：一一根金属属丝弦（（高弹性性弹簧钢钢、马氏氏不锈钢钢或钨钢钢）工作原理理：利用用钢弦的的自振频频率与钢钢弦所受受到的外外加张力力关系式式测各种种物理量量。钢弦式仪仪器是根根据钢弦弦张紧力力与谐振振频率成成单值函函数关系系设计而而成的；；关系式式如下：：压力盒计计算公式式钢弦传感感器的种种类钢弦式应应变计、、钢弦式式土压力力盒、钢钢筋应力力计等。。特点结构简单单可靠，，传感器器的设计计、制造造、安装装和调试试方便。。不受接触触电阻、、外界电电磁场影影响，性性能较稳稳定，耐耐久性能能好。2.4监测仪器器的选择择和标定定监测仪器器和元件件的选择择岩土工程程监测仪仪器的质质量标准准监测仪器器的适用用范围及及使用条条件仪器和传传感器的的标定2.4.1监测仪器器和元件件的选择择选取要求求：仪器器的技术术性能、、仪器埋埋设条件件、仪器器测读的的方式和和仪器的的经济性性仪器技术术性能方方面仪器的可可靠性（（光学、机机械、电电子设备备等）仪器使用用寿命（（仪器工作作寿命大大于或等等于工程程使用年年限）仪器的坚坚固性和和可维护护性（容易标定定、修复复或置换换）仪器的精精度（精度满足足监测数数据要求求即可）灵敏度和和量程（（高灵敏度度、大量量程）仪器埋设设条件方方面仪器选型型时，应应考虑其其埋设条条件（性能保证证下，选选择易埋埋设）施工仪器器和埋设设条件不不同，选选择不同同仪器。。仪器选择择经济方方面技术要求求满足条条件下，，选择最最经济的的（仪器购置置、损耗耗及埋设设费用）仪器测读读方式方方面根据测量量工作量量选择不不同的测测读方式式的仪器器对于能形形成监测测网并能能联网监监测的工工程，仪仪器选型型时应根根据监测测系统统统一的测测读方式式选择仪仪器2.4.2岩土工程程监测仪仪器的质质量标准准可靠性和和稳定性性仪器在设设计规定定的运行行条件和和运行时时间内，，检测元元件、转转换装置置和测读读仪器、、仪表保保持原有有技术性性能的程程度。准确度和和精度准确度：：测量结结果与真真值偏离离的程度度，系统统误差的的大小是是准确度度的标志志。精度：：在相相同条条件下下测量量同一一个量量所得得结果果重复复一致致的程程度。。灵敏度度和分分辨力力灵敏度度：输输入量量（被被测信信号））与输输出量量的比比值分辨力力：灵灵敏度度的倒倒数，，灵敏敏度越越高，，分辨辨力越越强，，传感感器检检测出出的输输入量量变化化越小小。2.4.3监测仪仪器的的适用用范围围及使使用条条件变形观观测仪仪器经纬仪仪、水水准仪仪、全全站仪仪、电电子测测距仪仪或激激光准准直仪仪。位移计计、测测缝计计、倾倾斜仪仪、沉沉降仪仪、垂垂线坐坐标仪仪、多多点位位移计计和应应变计计等压力（（应力力）观观测仪仪器土压力力计、、孔隙隙压力力计、、钢筋筋内力力计等等其他观观测仪仪器温度计计、速速度计计、加加速度度计、、动水水压力力计等等2.4.4仪器和和传感感器的的标定定标定：：利用精精度高高一级级的标标准器器具对对传感感器进进行定定度的的过程程，从从而确确定其其输出出量与与输入入量之之间的的对应应关系