岩土工程监测

岩土工程监测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现场监测测以实际工工程作为为对象，，在施工工期及工工后期对对整个岩岩土体和和地下结结构以及及周围环环境，于于事先设设定的点点位上，，按设定定的时间间间隔进进行应力力和变形形现场观观测。目的：1、检验岩岩土工程程施工质质量是否否满足岩岩土工程程设计和和有关规规程、规规范的要要求；2、指导岩岩土工程程的施工工方法、、流程和和施工进进度，通通过岩土土工程监监测反馈馈分析岩岩土工程程设计与与施工是是否合理理，并为为后续设设计与施施工方案案提供优优化意见见；3、检测岩岩土工程程施工对对环境的的影响，，验证岩岩土工程程施工防防护措施施的效果果；4、及时发发现和预预报岩土土工程施施工过程程中所出出现的异异常情况况、防止止岩土工工程施工工事故，，保障岩岩土工程程施工安安全；5、提供定定量的岩岩土工程程质量事事故鉴定定依据；；6、为建（（构）筑筑物的竣竣工验收收提供所所需的监监测资料料。1.3.3现场监测测现场监测测工作的的主要内内容：1、对岩土土所受到到的施工工作用、、各类荷荷载的大大小以及及在这些些荷载作作用下岩岩土反应应性状的的监测；；2、对建设设中或运运营中结结构物的的监测；；3、监测岩岩土工程程在施工工及运营营过程中中对周围围环境的的影响。。1.4岩土工程程测试与与检测技技术的现现状与展展望现状：1、手段单单一2、结果缺缺乏合理理的解释释3、管理制制度不健健全4、人员培培训不及及时采取相应应措施：：1、建立健健全行业业管理制制度，提提高工作作人员素素质2、增强对对从事岩岩土工程程工作的的单位考考核与管管理，提提高人员员培训与与考核3、加强岩岩土工程程各个环环节的控控制，增增强对检检测、测测试环节节的阶段段验收和和最终评评判展望：1、取样技技术标准准化2、新仪器器新方法法的开发发3、工程地地球物理理探测4、现场测测试、室室内试验验、理论论预测和和数值反反分析及及其再预预测的有有机结合合与循环环第二章测测试试技术基基础知识识测试：信信息采集集，获取取测试数数据；以以确定量量值为目目的的一一系列操操作。测试系统统：传感感技术的的实体，，传感器器与多台台仪表的的组合。。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。数据传输环节节：传输数据据。数据处理环节节：信号处理理和变换。数据显示环节节：被测试信信息变成人感感官能接受的的形式，以完完成监视、控控制或分析的的目的。2.2传感器的基本本特性传感器：敏感感元件、转换换元件和测试试电路。传感器性能评评价：静态特特性和动态特特性。静态特性：当当被测量的各各个值处于稳稳定状态时，，传感器的输输出值与输入入值之间的关关系数学表达达式、曲线或或数表。动态特性：当当被测量值随随时间变化时时，传感器的的输出值与输输入值之间关关系的数学表表达式、曲线线或数表。2.2.1传感器的静态态特性参数指指标主要指标：灵灵敏度、线性性度（直线度度）和回程误误差（迟滞性性）灵敏度（Ｓ））：稳态时传感器器输出量Y和输入量X之比，或输出出量Y的增量和输入入量X的增量之比。。线性度（非线线性误差）传感器的输出出-输入校准曲线线与理论拟合合曲线之间的的最大偏差与与传感器满量量程输出之比比。理想的传感器器输出与输入入呈线性关系系。线性度是是评价非线性性程度的参数数。回程误差（迟迟滞性）输入逐渐增加加到某一值与与输入逐渐减减小到同一输输入值时的输输出值不相等等，叫迟滞现现象。迟滞差：对于于同一输入值值所得到的两两个输出值之之间的最大差差值hmax与量程A的比值的百分分率。分辨力：传感器能检检测到的最小小输入增量。。在输入零点点附近的分辨辨力称为阀值值。测量范围和量量程：在允许误差差限内，被测测量值的下限限与上限之间间的范围。重复性：传感器在同同一条件下，，被测输入量量按同一方向向作全量程连连续多次重复复测量时，所所得输出-输入曲线的不不一致程度。。零漂：传感器在无无输入或输入入为另一值时时，每隔一定定时间，其输输出值偏离原原始值的最大大偏差与满量量程的百分比比。温漂：温度每升高高1度，传感器输输出值的最大大偏差与满量量程的百分比比。2.2.2传感器的动态态特性通常根据正弦弦变化与阶跃跃变化两种标标准输入来考考察传感器的的响应特性。。建立数学模型型来分析和处处理传感器的的动态响应。。线性系统的动动态响应，广广泛使用的数数学模型是普普通线性常系系数微分方程程。2.3常用传感器的的类型和工作作原理变换原理：电电阻式、电容容式、差动变变压器式、光光电式等。被测量的物理理量：位移传传感器、压力力传感器、速速度传感器。。2.3.1差动电阻式传传感器（卡尔逊式仪仪器）组成：两根弹弹性钢丝作为为传感元件，，一根受拉，，一根受压。。钢丝特性之一一环境变量变化化，钢丝电阻阻值反向变化化，两个元件件的电阻值比比值，测出物物理量的数值值。当钢丝受到拉拉力作用而产产生弹性变形形，其变形与与电阻变化之之间关系：钢丝特性之二二钢丝电阻随其其温度变化之之间的近似线线性关系：工作原理：仪器受力变形形，钢丝电阻阻产生差动变变化，一根受受拉，电阻增增加，一根受受压，电阻减减少，两个钢钢丝的串联电电阻不变而电电阻比R1/R2发生变化，得得到钢丝电阻阻比值，就得得到仪器的变变形或应力；；温度改变时，，钢丝电阻变变化是同方向向的，温度升升高时，两根根钢丝的电阻阻都减少。获获得钢丝的串串联电阻，就就可求得仪器器测点位置的的稳定。差动式应变计计：灵敏度较高，，性能稳定，，耐久性好2.3.2钢弦频率式传传感器组成：一根金金属丝弦（高高弹性弹簧钢钢、马氏不锈锈钢或钨钢））工作原理：利利用钢弦的自自振频率与钢钢弦所受到的的外加张力关关系式测各种种物理量。钢弦式仪器是是根据钢弦张张紧力与谐振振频率成单值值函数关系设设计而成的；；关系式如下下：压力盒计算公公式钢弦传感器的的种类钢弦式应变计计、钢弦式土土压力盒、钢钢筋应力计等等。特点结构简单可靠靠，传感器的的设计、制造造、安装和调调试方便。不受接触电阻阻、外界电磁磁场影响，性性能较稳定，，耐久性能好好。2.4监测仪器的选选择和标定监测仪器和和元件的选选择岩土工程监监测仪器的的质量标准准监测仪器的的适用范围围及使用条条件仪器和传感感器的标定定2.4.1监测仪器和和元件的选选择选取要求：：仪器的技技术性能、、仪器埋设设条件、仪仪器测读的的方式和仪仪器的经济济性仪器技术性性能方面仪器的可靠靠性（光学、机械械、电子设设备等）仪器使用寿寿命（仪器工作寿寿命大于或或等于工程程使用年限限）仪器的坚固固性和可维维护性（容易标定、、修复或置置换）仪器的精度度（精度满足监监测数据要要求即可）灵敏度和量量程（高灵敏度、、大量程）仪器埋设条条件方面仪器选型时时，应考虑虑其埋设条条件（性能保证下下，选择易易埋设）施工仪器和和埋设条件件不同，选选择不同仪仪器。仪器选择经经济方面技术要求满满足条件下下，选择最最经济的（（仪器购置、、损耗及埋埋设费用）仪器测读方方式方面根据测量工工作量选择择不同的测测读方式的的仪器对于能形成成监测网并并能联网监监测的工程程，仪器选选型时应根根据监测系系统统一的的测读方式式选择仪器器2.4.2岩土工程监监测仪器的的质量标准准可靠性和稳稳定性仪器在设计计规定的运运行条件和和运行时间间内，检测测元件、转转换装置和和测读仪器器、仪表保保持原有技技术性能的的程度。准确度和精精度准确度：测测量结果与与真值偏离离的程度，，系统误差差的大小是是准确度的的标志。精度：在相相同条件下下测量同一一个量所得得结果重复复一致的程程度。灵敏度和分分辨力灵敏度：输输入量（被被测信号））与输出量量的比值分辨力：灵灵敏度的倒倒数，灵敏敏度越高，，分辨力越越强，传感感器检测出出的输入量量变化越小小。2.4.3监测仪器的的适用范围围及使用条条件变形观测仪仪器经纬仪、水水准仪、全全站仪、电电子测距仪仪或激光准准直仪。位移计、测测缝计、倾倾斜仪、沉沉降仪、垂垂线坐标仪仪、多点位位移计和应应变计等压力（应力力）观测仪仪器土压力计、、孔隙压力力计、钢筋筋内力计等等其他观测仪仪器温度计、速速度计、加加速度计、、动水压力力计等2.4.4仪器和传感感器的标定定标定：利用精度高高一级的标标准器具对对传感器进进行定