客专变形监测与数据处理讲义.ppt

变形监测 变形监测与数据处理 测量工作的实质 点的测量 变形监测是监控、测量的简称，其本质是通过直接或间接测量“距离”的变化，来反映被监测物体上各监测“点”的位移，进一步反映出物体的整体或局部变形，其实质也是“点的测量”，所以变形监测隶属于工程测量的范畴。 一 变形的定义 ? l?变形: 在自重和各种外力的共同作用下，有形物体随着时间的推移而发生的形体改变称为变形。 变形是自然界普遍存在的现象，各种荷载作用于变形体，使其形状、大小及位置在时间域或空间域发生变化均为变形。变形监测则是对设置在变形体上的观测点进行周期性的重复观测，求得观测点各周期相对于首期的点位或高程的变化量。 l变形的种类 1变形可按其产生方向分：工程建筑物在平面位置、高程位置、垂直度和弯曲度方面发生的变形，分别称为工程建筑物的位移、沉降、倾斜和挠度;工程建筑物形体上产生的缝隙，称为裂缝。 2变形按其类型分：工程建筑物的变形亦可分为静态变形和动态变形。前者仅是时间的函数，其观测结果只表示某一期间内的变形值;后者是指在外力影响下并以外力为函数表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是工程建筑物在某个时刻的瞬时变形。 3变形按其时间长短分为: ⑴.长周期变形:由于建筑物自重引起的沉降和倾斜等。 ⑵.短周期变形:由于温度的变化(如日照)所引起的建筑物变形等。 ⑶.瞬时变形:由于风振动引起高大建筑物的变形等。 “变形”是个总体概念，既包括地基沉降、回弹，也包括建筑物的裂缝、倾斜、位移及扭曲等。 l变形观（监）测 定义1:测定工程建筑物变形的工作，称为变形观测。变形观测的目的在于——既要获得变形体的空间状态和时间特性，又要分析发生变形的原因和机理。 前者及相应的数据处理称为变形的几何分析; 后者及相应的稳定性分析称为变形的物理解释。 定义2:变形观测就是用测量的手段，观测建筑物沉降、水平位移和倾斜的变化量，并通过一定时间段的变化量，确定建筑物的变形趋势，以利采取相应措施。 l变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。自然界的变形危害现象很普遍，如地震、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。变形监测的目的就是监视变形体的安全，研究其变形过程，提供和积累可靠的资料。 全球性变形研究:如监测全球板块运动、地极运动、地球自转速率变化、地潮等。 区域性变形研究:如监测地壳形变、城市地面沉降等。 工程和局部变形研究:如监测工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采所引起的地表移动和下沉等。 l 在工程测量中，接触最多、最具有代表性的变形体有：桥梁、隧道、地铁、路基、边坡、高层(耸)建筑物、大坝、防护堤、矿区等。它们产生变形的原因一般有以下几点: (1)自然条件及变化，包括建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度变化影响。 (2)与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物结构型式及动荷载(如风力、震动)等。 (3)勘测、设计、施工及运营管理工作做得不合理所造成的建筑结构变形，设计和施工中的缺陷和瑕疵，运营中的超载等。 变形只是诸多原因的外在表现。 主要内容包括：沉降监测、位移监测、倾斜监测、裂缝监测和挠度监测等。 变形监测的内容应根据变形体的性质与地基情况来确定，要求有明确的针对性，既要有重点，又要全面考虑。具体实施内容则由建筑物性质与要求、周围条件及仪器等方面决定。 l (一)工业与民用建筑 工业与民用建筑主要包括基础的沉降与建筑物本身的变形观测。 基础的沉降 均匀沉降、不均匀沉降 本身的变形观测 观测水平位移、倾斜、裂缝、动态变形。 变形监测工作的实施包括下面四个过程: 变形方案的制订 变形信息的获取 变形信息的分析与解释 变形预报。 由于变形监测涉及到测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，因此它是一项跨学科的技术，需要测量工作者与其他学科专家的合作研究。 20世纪80年代以来，变形观测这一边缘学科获得了引人瞩目的发展。测量工作者对变形观测进行的理论和实践研究、取得的诸多成果及其在社会生活中所发挥的重要作用，已得到科学技术界和整个社会的承认。 工程建筑物的变形观测能否达到预定的目的，受诸多因素的共同影响。其中，最基本的几个因素是： 观测方案的设计 基准点和观测点的布设 观测的精度 观测的频率 每次观测进行的时间 观测所处的环境条件等