岩土工程地基与桩基础检测监测三

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现场监测以实际工程作为为对象，在施工工期及工后期对对整个岩土体和和地下结构以及及周围环境，于于事先设定的点点位上，按设定定的时间间隔进进行应力和变形形现场观测。目的：1、检验岩土工程程施工质量是否否满足岩土工程程设计和有关规规程、规范的要要求；2、指导岩土工程程的施工方法、、流程和施工进进度，通过岩土土工程监测反馈馈分析岩土工程程设计与施工是是否合理，并为为后续设计与施施工方案提供优优化意见；3、检测岩土工程程施工对环境的的影响，验证岩岩土工程施工防防护措施的效果果；4、及时发现和预预报岩土工程施施工过程中所出出现的异常情况况、防止岩土工工程施工事故，，保障岩土工程程施工安全；5、提供定量的岩岩土工程质量事事故鉴定依据；；6、为建（构）筑筑物的竣工验收收提供所需的监监测资料。1.3.3现场监测现场监测工作的的主要内容：1、对岩土所受到到的施工作用、、各类荷载的大大小以及在这些些荷载作用下岩岩土反应性状的的监测；2、对建设中或运运营中结构物的的监测；3、监测岩土工程程在施工及运营营过程中对周围围环境的影响。。1.4岩土工程测试与与检测技术的现现状与展望现状：1、手段单一2、结果缺乏合理理的解释3、管理制度不健健全4、人员培训不及及时采取相应措施：：1、建立健全行业业管理制度，提提高工作人员素素质2、增强对从事岩岩土工程工作的的单位考核与管管理，提高人员员培训与考核3、加强岩土工程程各个环节的控控制，增强对检检测、测试环节节的阶段验收和和最终评判展望：1、取样技术标准准化2、新仪器新方法法的开发3、工程地球物理理探测4、现场测试、室内内试验、理论预测测和数值反分析及及其再预测的有机机结合与循环第二章测试技技术基础知识测试：信息采集，，获取测试数据；；以确定量值为目目的的一系列操作作。测试系统：传感技技术的实体，传感感器与多台仪表的的组合。2.1.1测试将测试值与同种性性质的标准量进行行比较，确定被测测试值对标准量的的倍数。2.1.2测试系统测试系统：传感器器与测试仪表、变变换装置等的有机机组合。传感器：感受被测测试的大小并输出出相对应的可用输输出信号的器件或或装置。数据传输环节：传传输数据。数据处理环节：信信号处理和变换。。数据显示环节：被被测试信息变成人人感官能接受的形形式，以完成监视视、控制或分析的的目的。2.2传感器的基本特性性传感器：敏感元件件、转换元件和测测试电路。传感器性能评价：：静态特性和动态态特性。静态特性：当被测测量的各个值处于于稳定状态时，传传感器的输出值与与输入值之间的关关系数学表达式、、曲线或数表。动态特性：当被测测量值随时间变化化时，传感器的输输出值与输入值之之间关系的数学表表达式、曲线或数数表。2.2.1传感器的静态特性性参数指标主要指标：灵敏度度、线性度（直线线度）和回程误差差（迟滞性）灵敏度（Ｓ）：稳态时传感器输出出量Y和输入量X之比，或输出量Y的增量和输入量X的增量之比。线性度（非线性误误差）传感器的输出-输入校准曲线与理理论拟合曲线之间间的最大偏差与传传感器满量程输出出之比。理想的传感器输出出与输入呈线性关关系。线性度是评评价非线性程度的的参数。回程误差（迟滞性性）输入逐渐增加到某某一值与输入逐渐渐减小到同一输入入值时的输出值不不相等，叫迟滞现现象。迟滞差：对于同一一输入值所得到的的两个输出值之间间的最大差值hmax与量程A的比值的百分率。。分辨力：传感器能能检测到的的最小输入入增量。在在输入零点点附近的分分辨力称为为阀值。测量范围和和量程：在允许误误差限内，，被测量值值的下限与与上限之间间的范围。。重复性：传感器在在同一条件件下，被测测输入量按按同一方向向作全量程程连续多次次重复测量量时，所得得输出-输入曲线的的不一致程程度。零漂：传感器在在无输入或或输入为另另一值时，，每隔一定定时间，其其输出值偏偏离原始值值的最大偏偏差与满量量程的百分分比。温漂：温度每升升高1度，传感器器输出值的的最大偏差差与满量程程的百分比比。2.2.2传感器的动动态特性通常根据正正弦变化与与阶跃变化化两种标准准输入来考考察传感器器的响应特特性。建立数学模模型来分析析和处理传传感器的动动态响应。。线性系统的的动态响应应，广泛使使用的数学学模型是普普通线性常常系数微分分方程。2.3常用传感器器的类型和和工作原理理变换原理：：电阻式、、电容式、、差动变压压器式、光光电式等。。被测量的物物理量：位位移传感器器、压力传传感器、速速度传感器器。2.3.1差动电阻式式传感器（卡尔逊式式仪器）组成：两根根弹性钢丝丝作为传感感元件，一一根受拉，，一根受压压。钢丝特性之之一环境变量变变化，钢丝丝电阻值反反向变化，，两个元件件的电阻值值比值，测测出物理量量的数值。。当钢丝受到到拉力作用用而产生弹弹性变形，，其变形与与电阻变化化之间关系系：钢丝特性之之二钢丝电阻随随其温度变变化之间的的近似线性性关系：工作原理：：仪器受力变变形，钢丝丝电阻产生生差动变化化，一根受受拉，电阻阻增加，一一根受压，，电阻减少少，两个钢钢丝的串联联电阻不变变而电阻比比R1/R2发生变化，，得到钢丝丝电阻比值值，就得到到仪器的变变形或应力力；温度改变时时，钢丝电电阻变化是是同方向的的，温度升升高时，两两根钢丝的的电阻都减减少。获得得钢丝的串串联电阻，，就可求得得仪器测点点位置的稳稳定。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元元件的选择岩土工程监测测仪器的质量量标准监测仪器的适适用范围及使使用条件仪器和传感器器的标定2.4.1监测仪器和元元件的选择选取要求：仪仪器的技术性性能、仪器埋埋设条件、仪仪器测读的方方式和仪器的的经济性仪器技术性能能方面仪器的可靠性性（光学、机械、、电子设备等等）仪器使用寿命命（仪器工作寿命命大于或等于于工程使用年年限）仪器的坚固性性和可维护性性（容易标定、修修复或置换）仪器的精度（（精度满足监测测数据要求即即可）灵敏度和量程程（高灵敏度、大大量程）仪器埋设条件件方面仪器选型时，，应考虑其埋埋设条件（性能保证下，，选择易埋设设）施工仪器和埋埋设条件不同同，选择不同同仪器。仪器选择经济济方面技术要求满足足条件下，选选择最经济的的（仪器购置、损损耗及埋设费费用）仪器测读方式式方面根据测量工作作量选择不同同的测读方式式的仪器对于能形成监监测网并能联联网监测的工工程，仪器选选型时应根据据监测系统统统一的测读方方式选择仪器器2.4.2岩土工程监测测仪器的质量量标准可靠性和稳定定性仪器在设计规规定的运行条条件和运行时时间内，检测测元件、转换换装置和测读读仪器、仪表表保持原有技技术性能的程程度。准确度和精度度准确度：测量量结果与真值值偏离的程度度，系统误差差的大小是准准确度的标志志。精度：在相同同条件下测量量同一个量所所得结果重复复一致的程度度。灵敏度和分辨辨力灵敏度：输入入量（被测信信号）与输出出量的比值分辨力：灵敏敏度的倒数，，灵敏度越高高，分辨力越越强，传感器器检测出的输输入量变化越越小。2.4.3监测仪器的适适用范围及使使用条件变形观测仪器器经纬仪、水准准仪、全站仪仪、电子测距距仪或激光准准直仪。位移计、测缝缝计、倾斜仪仪、沉降仪、、垂线坐标仪仪、多点位移移计和应变计计等压力（应力））观测仪器土压力计、孔孔隙压力计、、钢筋内力计计等其他观测仪器温度计、速度计、