第三章变形观测的基本方法2015

1、变形观测的基础知识 变形观测的基本方法 变形观测的方案设计 变形观测网优化设计,1,第三章 变形观测方法及变形观测网设计,3.1.1 变形观测的概念 3.3.2 变形观测的分类 3.3.3 变形观测的意义 3.3.4 变形观测的内容 3.1.5 变形观测的重点,2,3.1 变形观测基础知识,变形：变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。 变形的类型： 变形体自身的形变伸缩、错动、弯曲和扭转; 变形体刚体位移整体平移、转动、升降和倾斜; 正常的变形 -变形体的变形在允许的范围内 异常的变形 -超出允许值，则可能引发灾害。,3,3.1.1 变形观测相关概念,4,变形监测

2、：就是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时空分布规律，研究变形发生的原因、变形特征及其随空间与时间的变化规律，以便预测、预报，以避免或尽可能减少损失。 任务：确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及空间位置变化的空间状态和时间特征。,5,3.3.2 变形观测的分类,按研究范围可分为三类：全球性的、区域性的和局部性的 全球性的变形观测：主要是研究地极移动、地球旋转速度的变化以及地壳板块的运动。 区域性的变形观测：主要研究地壳板块范围内变形状态和板块交界处地壳的相对运动。 局部性的变形观测：主要是研究工程建筑物的沉陷、水平位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动，以及

3、采矿、采油和抽地下水等人为因素造成的局部地壳变形。 在本章中主要讨论是局部性的变形观测问题。,7,从其时间特性来分：有“静态”式、运动式和动态式三种： “静态”式：是指固定参考点，其中个别点可能由于局部因素发生变动，但这种变动没有一定的时间特性，变形监测的目的是要查明他们的稳定性。 运动式：包括地壳应变的累积、地质构造断层两侧的相对错动、建筑物或地表下沉等；这种变形，其总趋势是朝一个方向。 动态式：是高层建筑物的摆动、桥梁的动荷载作用下的振动等等；这种变形呈周期性，监测的目的是要获得变形的幅度和周期的信息。,实用意义： 保障工程安全 科学意义： 解释变形的机理 验证变形的假说 检验设计是否合理

4、 为修改设计、制定规范提供依据,8,3.3.3 变形观测的目的和意义,3.3.4 变形观测的内容 获取几何变形量： 水平位移、垂直位移以及偏距、倾斜、扰度、弯曲、扭转、震动、裂缝等。 获取与变形有关的影响因子（物理量）： 应力、应变、温度、气压、水位（库水位、地下水位）、渗流、渗压、扬压力等。,9,3.1.5 变形观测的重点 变形观测关心的重点是位置的变化，而非某个位置。,特点： 要进行周期观测，每一周期的观测方案，都要尽可能一致； 动态、持续监测； 要求精度高，对于重要工程，一般要求“以当时能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。,10,3.2 变形观测的基本方法,3.2.1 常规大地测量

5、方法 3.2.2 摄影测量方法 3.2.3 空间测量方法 3.2.4 特殊测量方法,11,12,3.2.1 常规大地测量方法,概念：用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用方法的总称。 分类：角度测量、距离测量、各种交会法、极坐标法、卫星定位法以及几何水准法、三角高程法等。,主要优点： 能够提供变形体的整体变形状态； 观测量通过组成网的形式，便于进行测量结果的校核和精度的评定； 灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件。 主要缺点： 外业工作量大、作业时间长 不易实现连续监测和测量过程的自动化 （与空间测量比）监测的范围相对小。,常规地面测量方法-精密

6、高程测量,精密高程测量是研究垂直方向变形的主要手段，其作业过程在过去的几十年中没有明显变化。 精密高程测量，主要用精密水准进行；也可采用液体静力水准测量、测微水准测量或其他精密的高程测量方法。具有精度高、稳定可靠、技术成熟等优点。 目前，国家一等水准测量的偶然误差为每公里0.50.7mm，系统误差约每公里0.06mm。 水准测量劳动强度大、速度慢，特别是在山区尤为突出。其另一个显著缺点是系统误差（特别是大气折光误差）累积严重。,精密几何水准测量,精密高程测量的中误差通常不能超过0.10.2mm。保证精度的主要措施：选择和研究高精度水准仪；研制专用的分划尺和照准目标；研制能以足够精密、平稳地调整

7、仪器高的水准仪支架；改进短视线几何水准测量的作业方法。 短视线精密几何水准测量方法（Ni007），可以确定相距1015m两点间的高差，中误差达到0.030.05mm；确定相距几百米的两点间的高差，中误差为0.10.2mm。广泛用于多种建筑物基础沉陷和施工测量中。 在露天条件进行高精度水准测量时，采用阳伞外，水准仪最好还带上附加的热力保护罩。,流体静力水准测量,静力水准测量主要适用于特殊要求下的精密高程测量（如变形监测）。静力水准测量可以采用固定式或移动式仪器。 各种流体静力水准仪的结构本质上的区别仅在于：测定和读取连通管中液面位置的方法不同。目前，主要采用目视法、目视接触法、电子接触法和光电记

8、录法等。 移动式静力水准测量，参照几何水准测量的格式进行手簿记录并编算高差表。 固定式静力水准仪适用于竣工后构筑物的变形观测。,流体静力水准测量 原理 容器分别安置在待测的平面上，两容器用软管相联，内装均质液体测容器中液体的自由表面处于同一水平上，两平面的高差为： h=H1-H2或 h=（a1-a2）-(b1-b2) 式中：a1、a2容器的高度，一般a1=a2 b1、b2容器中液面位置的读数,仪器构成： （ 1）搁支点，其作用是与被测对象接触 （ 2）盛装液体的容器及连接两容器的软管 （ 3）测微读数装置 测量误差 （一）仪器误差 1在观测点上安置液体静力水准仪的 误差 2液体静力水准仪观测头

9、倾斜所引起 的误差比较小，悬挂式引起的误差 很小 3量测设备的误差 4观测头的组合部件由于温度变化 而产生的误差 5液体漏损带来的误差,（二）外界条件的影响 1温度的影响各观测头温度差异液面变化 2气压的影响敞口式有影响 3液体蒸发的影响对封闭式影响较小 4液体污染的影响液体密度变化 应用范围 沉陷和倾斜观测（建构筑物） 用于危险环境和污染环境下设备的稳定性观测,常规地面测量方法-精密角度测量,精密角度测量的主要工具是全站仪、经纬仪，主要用于水平位移观测。如三角网形式的水平变形监测或三角测量方法测定变形体变形。 不容易到达地点（烟囱中心线垂直度观测）的平面位置观测，常利用经纬仪前方交会法观测等

10、。 精密角度测量可使用的仪器有DJ07、DJ1、DJ2型光学经纬仪以及精密电子经纬仪。全站型速测仪、测量机器人。 也可根据具体工程需要，专门设计能满足精度要求的精密测角仪器。,常规地面测量方法-精密距离测量,高精度的精密距离测量和距离变化的测定，主要方法有： 机械的测距方法（线尺和标尺）； 利用调制光的光电测距技术； 电子机械测量方法，其中包括伸长计、应变计等； 干涉测量法。,伸缩测微仪原理,距离小于50m ，可采用机械法。 如 GERICK 研制的金属丝测长仪，将很细的金属丝（受温度影响小）在固定拉力下绕在铟瓦测鼓上，精度优于1mm。 两点间在i和i+1周期之间的距离变化l： l=Li+1-

11、Li = li+1- li 伸缩测微铟瓦线尺：由伸缩测量和拉力测量两部分组成，其 测微分辨率为0.01mm，如果传递元素(铟瓦线、石英棒等)的长度a、b保持不变，则只需测微小量li和li+1 。l的 精度可达0.02mm。,短距离和距离变化测量方法,根据实际条件可采用机械法。,用伸缩测微仪监测岩体移动,23,全球定位系统 GNSS,全球定位系统集平面与高程测量为一体，使三维变形监测网的观测变得简单，监测网具有更多的优化余地，观测效率高，经济性好等诸多优点。 目前，第二代全球定位系统可达3cm级三维定位精度，第三代全球定位系统可达1mm级或更高定位精度。,3.2.2 摄影测量与遥感方法,摄影测量

12、方法包含航空摄影、遥感法和地面摄影测量法进行观测。 地面摄影测量法用于局部变形观测。该方法对某些特殊的观测对象（如储煤气罐等球状物）进行变形观测具有独特优越性和特点： 像片信息量丰富，可同时获得变形体上任意点的三维变形信息，提供完全和瞬时的三维空间信息，便于对成果的比较与分析。 外业工作量小，劳动强度低。 观测时不需接触被摄物体，可观测人不便达到的地方。 精度相对低 地面摄影测量方法可广泛地用于大型工程建筑物（大坝、挡土墙、高层建筑物等）的变型监测。 空中摄影测量、合成孔径雷达可用于较大范围的地面变形测量，如大面积开采沉陷监测。,(一)InSAR（Interferometric Synthet

13、ic Aperture Radar）或D-InSAR(Differential InSAR) 1、原理 利用两个不同的天线获得两景雷达影像，通过比较相位得到垂直高度:可以测量与雷达波长相同量级甚至更高精度的地形起伏,Pass 1.,Pass 2.,hB - hA = ( B - A) /4 cos,如果形变是垂直方向的: hB = (2B - 1B)/cos,Location A,Location B,1A = 2A,1B,2B,2B - 1B = (/4) B,Pass 1,Pass 2,1A,2A,Pass 1,Pass 2,测量高度的微小变化,InSAR 处理流程图,or,数据（副本）,

14、两组原始信号,SAR处理器,专门针对某传感器的SAR处理器,干涉处理,效果图生成与制图,阿留申群岛火山,06/1992 09/1993,09/1992 09/1993,09/1993 08/1995,10/1997 08/1999,10/1995 10/1998,10/1993 08/1995,08/1999 08/2000,10/1992 10/1997,09/1993 10/1998,post-eruption,11/21/1991 11/30/1991,co-eruption,InSAR images can characterize transient deformation of W

15、estdahl volcano before, during and after the 1991 eruption,09/07/1991 10/28/1991,pre-eruption,Lu et al., GRL, 2000 Lu et al., JGR, 2003 Lu et al., RSE, 2004,10 km,deformation,Deformation mapped by ERS (C-band, = 5.66 cm) InSAR,Lu et al., 2000, 2005,range change,5 km,Akutan Volcano,5 km,Akutan,1996 C

16、racks,Deformation mapped by JERS (L-band, = 23.5 cm) InSAR,Lu et al., 2000, 2005,range change,Akutan Volcano,Envisat C-band image,Range Change,LOS lengthening (subsidence),LOS shortening (uplift),Loss of coherence due to vegetation,Deformation of June 2007 Eruption, Kilauea volcano from C-band Envis

17、at InSAR,Slumgullion landslide, CO,July August, 2004,Landslide monitoring from InSAR,Lu et al., in prep.,Deformation: up to 4 mm/day,Range Change,ALOS PALSAR InSAR image of Dec 6, 2006 June 8, 2007,10 km,Mining at Utah, USA,subsidence of 60 cm,subsidence of 30 cm,Subsidence of 5 cm,5 km,ALOS PALSAR

18、InSAR image of Dec 6, 2006 June 8, 2007,方法的缺陷： 只能测量两次变形在分米或厘米级变化，变化速度快则无法测量 雷达测量局限在波长范围内的一小块波段（-，） RADARSAT 是5.6cm，ALOAS为23cm 测量的只是地表相对传感器斜距向的运动，而不是像GPS那样3维的坐标 解决方法：（1）设立地面控制点，通过控制点修正相关影响参数（如电离层延迟等） （2）采用不同波段图像融合 （3）采用新的遥感传感器，欧洲目前发射的TerraSAR-X & TanDEM-X试图提高高程测量精度,三维激光扫描仪 地面三维激光扫描系统是近几年发展起来的新技术，它采用非

19、接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据,最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要扫描速度快，精度较高。 1、组成： （1）三维激光扫描仪 （2）数码相机 （3）后处理软件 （4）电源以及附属设备 2、分类 （1）按扫描的空间位置或系统运行平台分为： 1）机载型激光扫描系统 2）地面型激光扫描仪系统（移动式和固定式）,（2） 按照激光光束的发射方式划分 1） 灯泡式扫描仪（图1a） 2）三角法扫描仪（图1b） 3）扇型扫描仪，该类型的扫描仪 扫描点云的密

20、度和准确度都很高，为多数扫描仪所采用（图1c） （3）按照扫描仪的扫描成像方式 1）摄影扫描式，此类型的扫描仪扫描瞬时视场有限，它与摄影测量的相机类似，适用于室外物体的扫描，尤其是对于长距离的扫描很有优势! 2）全景扫描式，此类型的扫描仪视场局限于仪器的自身如三角架，适用于室内扫描 3）混合型扫描式，它集成上 述两种类型的优点，水平方向的轴 系旋转不受任何的限制，而垂直的 方向上的旋转受镜面的局限,（4）按照扫描仪测距原理划分 1）基于时间漂移原理 ，大多数的扫描仪测距都是采用这种原理，这种原理测距范围可以达到几百米，甚至扫描范围达到千米，但是在大范围内的扫描测距精度相对较低。 2）基于相位测

21、量原理 ，主要用来进行中等距离的扫描测量，扫描范围通常限，扫描范围在100m以内，它的精度可以达到mm级。 3）基于激光雷达或光学的三角测量原理，许多的扫描仪只扫描几米到数十米的范围，主要用于工业测量和反向工程中，它可以达到亚毫米级的精度。,2、应用 （1）各种项目任务及产品战略的系统仿真、虚拟现实分析及评估。 （2）实物原始三维数据及结构形态的现场采集、原型三维存档与重建、逆向三维重构、仓容计量、结构特性分析及逆向反求、校验正向设计等。 （3）改造工程中的工程规划、吊装、装配、管道布线、方案评估、校验、布局仿真、三维可视化管理等。 （4）工业设备及工程建筑物的变形监测、维修检测等。 （5）企

22、业可视化管理及虚拟现实应用,3.2.3 空间测量方法,在全球性变形监测中，空间大地测量是最基本最实用的技术。它主要包括 （1）甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry，VLBI）,甚长基线干涉测量是射电天文学的观测技术，它利用地面上相距很远（几千甚至上万公里）的两台射电天线构成甚长基线。在基线两端同时接收来自宇宙射电源的信号，计算得到信号到达基线两端的时延，换算为基线的长度和方向，或基线两端的三维坐标差，通过不同时间多次观测得到基线间的变形，从而获得全球性变形、地球旋转速度变化等。目前全球有40多个VLBI站，我国在上海、昆明设有VLBI站 监测精度

23、：精度为10-810-9D，极移测定精度0.001rad，日长变化测定精度达0.05毫时秒。以1mm/a的速度分辨率精确测定板块相对运动,（2）卫星激光测距（satellite laser ranging，SLR）或称激光测卫 即利用激光测距仪在地面上跟踪观测装有激光反射棱镜的卫星，测定测站到卫星距离的技术和方法。SLR是目前最高的绝对定位技术，在定义全球地心参考系中起决定性作用，有时卫星重力技术确定全球重力场模型的工具。同VLBI一样，它能以高精度测定两站间相对位置，站间距离同样可以很远。目前全球约有50个左右SLR固定台站和少量流动站。我国的SLR网有上海、武汉、长春、北京、广州和西安固定

24、站以及两台流动式SLR组成。 用途：大面积变形观测及地球形状观测， 如地壳板块运动、地球旋转速度变化、地极移动。 精度：1）甚长基线干涉测量（VLBI）：cm 2)卫星激光测距：cm 优点：1）不需要稳定的基点 2）既适用于全球性、区域性变形观测，也适用于局部性变形观测，观测范围大,3.2.4 特殊测量手段,准直测量：观测某一方向上点位相对于该方向变化。 常用方法：测小角法，活动觇牌法、导线法等 激光准直、引张线技术均较多的用于大坝等线状工程建筑物的变形观测，激光铅直仪多用高层建筑物的摆动观测。 正锤线和倒锤线的机械法垂直准直，多将它们用于建筑物的挠度和倾斜观测。埋设在基岩上的倒锤用做变形观测

25、的基准点。 倾斜测量特殊技术：倾斜仪和静力水准测量是倾斜测量特殊技术方法。其特点是测量过程简单，连续监测，较容易实现自动化。 物理测量：变形体的变形量转换成电感应量（电压、电流或电阻变化的信息，从而测定被测物体变化量的大小，常被称作应变测量。,挠度观测 挠度观测实际是通过三点计算出平均挠度。 1、对于平置的构件，在两端及中间设置三个沉降点观测，然后可通过三个沉降点的下沉计算出挠度 2、对于直立的构件，在建筑物顶部悬 挂一根铅垂线，直通底部，在铅垂线 不同位置设置测点，借助光学或机械 的坐标仪表量测出各点与铅垂线最低 点之间的相对水平位移，该位移称为 挠度，任意点的挠度为 SN=S0-SN 式中

26、，S0铅垂线最低点与顶点之间的相对位移 SN任意一测点N与顶点之间的相对位移,物理测量方法 该方法实际上采用基于信号转换传感技术。把变形监测中的距离、角度、高差、倾角等几何量及其微小变化转化为电信号。 信号转换方式有：电感式、电容式、光电式、电阻式、压电式和压抗式等。 传感器有：差动变压器（电感式传感器）、直线式感应同步器、电容式传感器、光栅式传感器、硅光电池、电荷耦合器 ( CCD，又称固态图像传感器)、数模转换器等。 将这些传感器安装在伸缩仪、应变仪、准直仪、铅直仪、测斜仪及静力水准测量系统等仪器中，通过数据获取、信号处理、数据转换与通讯，可将成百上千个测点上的数据传送到数据处理中心，实现

27、持续监测和数据的自动记录、传输与处理，即变形监测自动化。,将位移量转换为电压或电容和特征曲线,3.3 变形观测方案设计,3.3.1 方案设计的本质和内容 3.3.2 变形观测网设计 3.3.3 测量方法选择应考虑的问题 3.3.4 工业与民用建筑物变形观测 3.3.5 水工建筑物变形观测 3.3.6 地下工程变形观测 3.3.7 桥梁变形观测 3.3.8 滑坡变形观测,3.3.1 方案设计的本质和内容,本质：采用测量技术，精确、可靠、低成本地获取变形体的变形及其随时间变化特性。 内容：测量基准、监测网设计、测量方法、仪器的选择、测量精度和观测周期的确定。,49,变形观测网的设计影响到观测成本、

28、成果的精度和可靠性。不同监测对象、不同目的监测网布设不同，应根据不同对象、变形类型、观测的目的、任务要求以及测区条件进行监测设计和观测方案选择，对于重大工程或具有科研价值的项目，还应进行观测网的优化设计。 确定变形状态所需要的测量精度，对于监测网而言，则是确定目标点坐标或坐标差允许的精度。 在1971年国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议上工程测量组提出：“如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/101/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比这个数小得多（1/201/100）。” 变形观测基准网：平面监

29、测网，沉降监测网,3.3.2 变形观测网设计,50,变形监测网设计原则,（1）变形观测网应为独立控制网，以避免起始数据误差的影响 （2）变形观测控制点应埋设在沉降范围外，同时又不能将基准点布设在网的边缘，因为从测量误差传播理论和点位误差椭圆的分析知道，通常联系越直接、距离越短，精度越高。 （3）布网图形的选择。由于变形观测网是监测变形体随时间的微小变化量，因此布网的图形应与变形体的形状相适应。同时变形观测网的测定精度为mm级和亚mm级，所以要考虑哪些点位在特定方向上的精度要求高一些，应有所侧重。实践证明，对于由等边三角形所组成的规则网形，当边长在200m以下时，测角网具有较好的精度；对于不同网

30、形及不同边长，可采用三边网或边角网。但为了提高精度，可适当加测一些对角方向，增加多余观测，以改善监测精度。,平面（水平位移）监测基准网 平面监测基准网，可采用三角形网、导线网、GPS网和视准轴线等形式。当采用视准轴线时，轴线上或轴线两端应设立检核点。,变形监测网通常由三类点（基准点、工作点、变形监测点）、两种等级（首级、次级）的网组成。,基准点：是变形观测的稳定基点，尽可能长期保存稳定不动，通常埋设在比较稳固的基岩上或在变形影响范围之外。 工作基点：是基准点和变形观测点间的联系点，基本保持稳定不动，工作基点与基准点构成变形观测的首级网，用来测量工作基点相对于基准点的变形量，由于这种变形量较小，

31、所以要求观测精度高，复测间隔时间长。,变形观测点：即变形点或观测点，它们埋在变形体上和变形体构成一个整体，同步移动，变形观测点与工作基点组成次级网，次级网用来测量观测点相对于工作基点的变形量，由于这一种变形量相对于前一种变形量较大，所以次级网复测间隔时间短，监测频率高，以经常监测观测点的坐标变化来反应变形体空间位置的变化。,平面监测基准网宜采用独立坐标系统（避免起始数据误差），并进行一次布网。必要时，可与国家坐标系统联测。 直线形建筑物的主轴线或其平行线，应纳入网内。 大型工程布网时，应充分顾及网的精度、可靠性、灵敏度费用等指标。,基准网点位，宜采用有强制归心装置的观测墩；应埋设在沉降范围外。

32、,变形监测网布设应注意的问题：,变形监测点布设位置,（1）埋设在变形大的位置：如建筑物的四周、中点、内部承重墙（柱）、楼层变化及平面形状变化处； （2）地基变化处：地基性质决定了变形量的大小，地基变化处往往是变形差异最大处，因此，变形观测点应设在人工地基与天然地基交界、不同地基变化处； （3）新老建筑物交界处：一般为变形变化较大，因此，在新老建筑物交界处应设置变形监测点； （4）在振动中心基础上布设观测点，对于水塔、烟囱等刚性整体基础上，应不少于3个观测点； （5）观测点一般设在室外地坪0.5m高处。,3.3.3 测量方法选择所应考虑的问题,测量基准采用独立坐标系 测量精度 观测周期数和一周期

33、内观测时间 监测费用 其他,56,建筑变形测量的级别、精度指标及其适用范围 建筑变形测量规范（JGJ82007）,变形监测的等级划分及精度要求工程测量规范（GB500262007）,平面控制网精度要求建筑变形测量规范（JGJ82007）,水平位移监测基准网的主要技术要求工程测量规范（GB500262007）,导线测量要求建筑变形测量规范（JGJ82007）,测距的主要技术要求工程测量规范（GB500262007）,测回是指照准目标一次，读数24次的过程； 根据具体情况，测边可采取不同时间段代替往返观测； 测量斜距，须经气象改正和仪器的加、乘常数改正后才能进行水平距离计算； 计算测距往返较差的限

34、差时，a、b分别为相应等级所使用仪器标称的固定误差和比例误差系数，D为测量斜距（km）。,沉降（垂直位移）监测基准网 沉降监测网一般布设为附合网或闭合水准网，并按精密水准测量的方法进行重复观测。,（1）布置成网状，以便检核； （2）至少有四个深埋的水准基点作为起算点，应布设在沉降影响范围之外； （3）水准点应设置在通视、安全的地方，便于进行联测； （4）水准点距离建筑物一般为20m40m； （5）观测单独建筑物时，至少应布置3个水准点，对占地面积大于5000m2或者高层建筑物，应适当增加水准点的个数； （6）当设置水准点处有基岩出露，可用水泥砂浆直接将水准点浇灌在岩层中。一般水准点应埋设在冻土

35、线以下0.5m，并不受工程影响的地区，墙上水准点应埋在永久性建筑物上，离开地面高度0.5m左右； （7）基准点与工作点应联结成网。,沉降（垂直位移）监测基准网的主要技术要求,1。电子水准仪观测，不受基、辅分划读数较差指标的限制，但测站两次观测的高差较差，应满足表中相应等级基、辅分划所测高差较差的限值； 2。水准路线跨越江河时，应进行相应等级的跨河水准测量，其指标不受该表的限制，按本规范第4章的规定执行。,精密几何水准观测的主要技术要求,观测周期数和一周期内观测时间,观测周期数 观测周期数取决于变形的大小、速度及观测的目的。在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测周期应多一些，随着建筑物趋向稳定

36、，可以减少观测次数，但仍应坚持长期观测，以便能发现异常变化。对于周期性的变形，在一个变形周期内至少应观测两次。,对不同变形模型观测时刻选择,大坝水平位移与观测时刻选择,一周期内观测时间的确定 一周期内所有测量工作需在允许的时间间隔t内完成。否则，周期内的变形将不能体现变形体的动态变形规律。 长周期变形，t可达几天甚至数周，可选用各种大地测量仪器和技术。 日周期变形，t为数十分钟，可选用快速测量仪器和技术，如GPS、Georobot。 短周期变形，t仅为数分甚至数秒，需要考虑采用摄影测量方法或自动化测量方法。,3.3.4 工业与民用建筑物变形观测 一、观测周期 1、施工期间： 1）3天、7天、半

37、月 2）荷载达到25%第1次，以后荷载每增加15%监测一次 2、竣工后： 1）1个月、2个月、6个月或者1年监测一次 2）一般第一年4次、第二年2次，第三年后每年1次 3、观测期限： 砂土地基2年，膨胀土地基3年， 粘土地基5年，软土地基10年,工业与民用建筑变形监测项目,二、观测精度 建筑物变形观测是为了检查建筑物变形是否超过允许的变形值，因此其观测精度应根据建筑物的允许变形值确定，一般观测中误差应小于允许变形值的1/101/20或更高。,L相邻柱基中心间距，m；h相对地面的建筑物高度，m,三、变形监测方法 变形监测的方法，应根据监测项目的特点、精度要求、变形速率以及监测体的安全性等指标，按

38、下表选用。也可同时采用多种方法进行监测。,变形监测注意问题： 采用角交会法时，交会角应在60120之间，并宜采用三点交会；采用边交会法时，交会角宜在30150之间； 极坐标法观测，宜采用双测站极坐标法测定，其边长应采用电磁波测距仪测定； 测站应采用有强制对中装置的观测墩；变形监测点可埋设安置反光镜或觇牌的强制对中装置或其他固定照准标志.,例1 设某建筑物高H=30m，基础宽12m，设计时允许倾斜度=4，试确定观测建筑物安全时，沉降观测的精度要求。 解 顶部允许偏移量：容=H=4/100030103=120mm 容许误差取容许偏移量的1/20，则：f=1201/20=6mm 取3倍中误差为容许误

39、差时，则监测中误差：m=1/36=2mm 当利用测定基础两端的不均匀沉降量来计算倾斜度时，则相对监测沉降中误差： m沉=D/Hm=12/302=1mm 例2某饭店为12层楼房，两沉降点之间距离为L=8m，设差异沉降最大容许值最大=2L/1000，试计算沉降观测中误差。 解 由题意知，最大=2/10008000=16mm 取1/10最大为差异沉降监测容许误差，则： fh=1/10最大=2mm 由于差异沉降可直接由两点间的高差来求得，故取两倍中误差为容许误差，则差异沉降观测中误差： m沉=1/2fh=1mm,3.3.5 水工建筑物变形观测 一、观测周期 竣工三年内，每月1次水平及垂直位移观测，汛期

40、增加观测次数； 三年后，每年2次。 二、精度要求（工作基点） 水平位移，混凝土坝2mm；土石坝4mm 垂直位移：往返闭合差 mm，n为测站数。 视准线法：容许误差2mm，各测回允许误差4mm。,三、监测内容 水工建筑物及其附属设施的变形监测项目和内容，应根据水工建筑物结构及布局、基坑深度、水库库容、地质地貌、开挖断面和施工方法等因素综合确定。 监测内容应在满足工程需要和设计要求的基础上，可按下表选择。,施工期变形监测的精度要求,3.3.6 地下工程变形监测 地下工程变形监测项目和内容，应根据埋深、地质条件、地面环境、开挖断面和施工方法等因素综合确定。 应力监测和地下水位监测选项，应满足工程监控

41、和变形分析的需要。 地下工程变形监测的精度，应根据工程需要和设计要求合理确定，并符合下列规定： 重要地下建构筑物的结构变形和地基基础变形，宜采用二等精度；一般的结构变形和基础变形，可采用三等精度； 重要的隧道结构、基础变形，可采用三等精度；一般的结构、基础变形，可采用四等精度； 有影响的地面建构筑物的变形监测精度，应符合前述规定。地表沉陷和地下管线变形的监测精度，不低于三等。,地下工程变形监测的周期，应符合下列规定： 1、地下建构筑物的变形监测周期应根据埋深、岩土工程地质条件、建筑结构和施工进度确定； 2、隧道变形监测周期，应根据隧道的施工方法、支护衬砌工艺、横断面的大小以及隧道的岩土工程地质

42、条件等因素合理确定；,新奥法施工拱顶下沉变形监测的周期,新奥法施工地面建构筑物、地表沉陷的观测周期,1、表中L为监测体或监测断面距开挖工作面的前、后距离，单位为m；B为开挖面宽度，单位为m； 2、新奥法施工时，当地面建构筑物、地表沉陷观测3个月后，可根据变形情况将观测周期调整为每月观测1次，直到恢复稳定为止。,3.3.7 桥梁变形监测 桥梁变形监测的精度，应根据桥梁的类型、结构、用途等因素综合确定，特大型桥梁的监测精度，不宜低于二等，大型桥梁不宜低于三等，中小型桥梁可采用四等。 变形监测方法：可采用GPS、极坐标、精密量距、导线测量、前方交会、正垂线、电垂直梁、水准测量等。 大型桥梁的变形监测

43、，必要时应同步观测梁体和桥墩的温度、水位和流速、风力和风向。 桥梁施工期的变形监测周期，应跟据桥梁的类型、施工工序、设计要求等因素确定。 桥梁运营期的变形监测，每年应观测1次。也可在每年的夏季和冬季各观测1次。 当洪水、地震等自然灾害发生时，应适当增加观测次数。,3.3.7 桥梁变形监测,3.3.8 滑坡变形监测 一、监测内容,二、监测精度要求,3.4.1 变形监测网的特点 3.4.2 变形监测网优化设计 3.4.3 变形观测网等级的设计,89,3.4 变形监测网优化设计,3.4.1 变形监测网的特点,变形监测网的目的 不仅是求静态的几何参数（点位，方向和距离），更重要的是求解监测对象的动态参

44、数（位移，速度等）； 变形在时空尺度上大都是微变量（毫米级或厘米级），其量级往往接近与现有大地测量观测技术所能达到的最高精度量级。,变形监测网的特点 精度高、速度快； 监测网的数学模型不仅包含网的静态几何模型，还包含动态变形模型； 需要有足够的灵敏度与可区分性。要求对所要求定的动态参数或发生的位移形变应有足够灵敏的反映，同时又能有效的将点的物理变形和观测误差加以区分。 以一定的周期重复观测，外业工作量大。 经济性和高质量。,3.4.2 变形监测网优化设计,Grafarend 按大地网布测的全过程，提出并得到了国际大地测量学界承认的优化设计四类分类法。 零类优化设计（或称基准设计） 基准包括大地

45、坐标系统和其数据。变形监测网优化设计问题，一般属于强基准问题，通常只设部分起算数据。 对一个已知图形结构和观测设计的自由网，为网点的坐标及其方差协方差矩阵选择一个最优的坐标系。 就是在已知设计矩阵A和观测权阵P的条件下，确定网点的坐标向量X和其协因数阵Qxx，使X的方差和最小。,3.4.2 变形监测网优化设计,一类优化设计（构形问题）实际上是网形设计 已知网的点数，可能的观测类型以及先验的观测精度，确定最优的点位连接方式，使得点的坐标估值达到预定的或最高精度。 就是已知观测权P，确定设计矩阵A，使坐标估值的协因数矩阵最佳逼近一个给定的矩阵Qxx或坐标估值的方差达到最小。,3.4.2 变形监测网优化设计,二类优化设计（观测权分配问题）观测方法和观测精度设计 是在网形已知的基础上进行观测工作量最佳分配，或最适当的权分配，决定观测值应达到的精度，使仪器设备达到最佳利用以及各种观测手段合理组合。 就是已知设计矩阵P使坐标值达到预定的或最高精度。 三类优化设计（网的改进和加密问题）网的进一步优化 对一个已有的网通过增新点和新的观测量，或只加新点以改善原有网的精度。 就是对相应于原网的设计矩阵A和P，以最优的方式给这两矩阵增加相应的新元素，以便改进后的网点坐标估值