工程变形测量内容
概论 沉降监测技术 水平位移监测技术 建筑物内部监测技术 GPS在变形测量中的应用 自动化监测技术与资料整编 变形监测数学模型 基坑与桥梁监测技术 水利工程监测技术
本次课主要内容
第一讲 概述
变形测量的基本概念 变形测量的任务与目的 变形测量的特点 变形测量的基本原理 变形测量的精度 变形测量的周期 变形测量的研究现状及进展
变形监测技术的现状
•环境量监测 环境量监测一般包括气温、气压、降水量、风力、风向等。 对于水工建筑物，还应监测库水位、库水温度、冰压力、 坝前淤积和下游冲刷等； 对于桥梁工程，还应监测河水流速、流向、泥沙含量、河 水温度、桥址区河床变化等。 总之，对于不同的工程，除了一般性的环境量监测外，还 要进行一些针对性的监测工作。
混凝土大坝变形监测的精度
项 坝 体 水平位移 坝 基 目 重 力 坝 拱 坝 径向 切向 径向 切向 位移中误差限值 ±1.0mm ±2.0mm ±1.0mm
重 力 坝
拱 坝
±0.3mm
±1.0mm ±0.5mm ±1.0mm ±0.3mm ±5.0″ ±1.0″
坝体、坝基垂直位移 坝体、坝基挠度 倾斜 坝 坝 体 基
就相临两期观测而言，应满足： t v
2m0 ，
v 是变形发展速率
从而得到： t
2m v
变形信息才能在两期测算坐标之间的比较中及时反映出来。 变形测量重复观测的时间间隔称为观测周期(也称监测周期 )。
6.变形测量的周期
说明：
变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗 漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界 影响因素确定。 在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测次数应多一 些；随着建筑物趋向稳定，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2次。
水库蓄水后 (2～3年)
3～6个月 半个月 1季度 1季度
正常运营
半年 1个月 6～12个月 半年
如遇特殊情况，如暴雨、洪水、地震等，应进行加测。 及时进行第一周期的观测有重要意义。因为延误最初的测量就可能失去已经发生 的变形数据，而且以后各周期的重复测量成果都是与第一次成果相比较的，所以 应特别重视第一次的观测质量。
着重于研究点位的变化
变形测量工作主要关心的是变形体的变形，即测点的变 化，而不是点的绝对坐标，坐标只是变形测量中非常重 要的中间结果。因此，变形监测的坐标系统可根据工程 需要灵活建立。
3.变形测量的特点
精度要求高
变形体的变形量一般较小，为了准确区分变形量和测量误 差，必须提高测量精度，变形监测的观测误差往往要求在 变形允许值的 1/10 ～1/ 20 之间，甚至要求最高的测量精 度。
坝体表面接缝与裂缝
水 平 位 移 近坝区岩体 垂直位移 坝 下 游
±0.2mm
±2.0mm ±1.5mm
库
区
±2.0mm
±0.3～3.0mm ±3.0mm ±1.0mm
水平位移 滑坡体和高边坡 垂直位移 裂 缝
6.变形测量的周期
为了获得变形体的变形和变形时间特征，变形测量采用重 复观测的方法，理想的情况是不间断地连续进行。
2.变形测量的任务与目的
变形测量的目的和意义：
变形测量的实用意义——安全监测。
1975年8月驻马店板桥水库溃坝，世界最大的溃坝灾难
2.变形测量的任务与目的
变形测量的目的和意义：
变形测量的实用意义——安全监测。 2009年5月17日，株洲一高架桥坍塌，造成多人伤亡
2.变形测量的任务与目的
变形测量的目的和意义：
1
h
A 沉降测量简例
4.变形测量的基本原理
但是, 措施不是结论。
测量人靠数据说话
多个参考点形成参考网， 并进行重复观测 参考网稳定性判断 平均间隙法
B A C
1
h
4.变形测量的基本原理
参考点对相对变形信息至关重要,但 对绝对变形信息的求取却无直接关系。
s1 1 h 2
L
s2
由 h [1] 、 h [ 2 ] 得倾斜变化量
建筑变形测量的等级及其精度要求
位移观 测 观测点 坐标中 误差 (mm) ≤0.3 ≤1.0 ≤3.0 ≤10.0 适 用 范 围
特级 一级 二级 三级
特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变 形测量 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形测量 中等精度要求的建筑物和科研项目变形测量；重 要建筑物主体倾斜测量、场地滑坡监测 低精度要求的建筑物变形测量；一般建筑物主体 倾斜测量、场地滑坡监测
工程变形测量与工程测量的关系：
工程变形测量是重要和大型 工程运营阶段的主要测量工 作，甚至在施工阶段就要进 行变形监测。
1.变形测量的基本概念
工程变形测量与工程测量的关系：
精密工程测量 绝对测量精度达到毫米级相对测 量精度达到110-5
变形测量的典型精度是绝对测 量精度达到1mm或相对测量精 度达到110-6
2.变形测量的任务与目的
变形测量的目的和意义：
变形测量的科学意义包括更好地理解变形的机理，验证有 关工程设计的理论，以及建立正确的预报变形的理论和方法。 反馈设计施工质量 验证设计参数 研究正确的变形规律和预报变形的方法
3.变形测量的特点
周期性重复观测
变形测量的主要任务是周期性地对观测点进行重复观测， 以求得其在观测周期内的变形信息。周期性是指观测的时 间间隔是固定的，不能随意更改；重复性是指观测的条件、 方法和要求等基本相同。
2 2
4.变形测量的基本原理
为了得到目标点的位置变化,需要一个 稳定的点作参考,称参考点或基准点。 参考点必须稳固,对平面来说,参考点不 能水平移动；对高程来说,参考点不能升 降 设立参考点的措施不外“远离”和“深 埋”。 “远离”:参考点远离变形体,使参考点在变 形影响范围之外； “深埋”:将参考点设立在基岩或深部稳定土 层上,如深埋双金属管标志和倒锤。
h
由两期高差 [ 2] [1]
H 1[1] H A h [1] 、 H 1[ 2 ] H A h [ 2 ]
可得目标点1沉降量 s1 H 1 H 1 h
[1]
h[ 2]
沉降测量简例
及其精度 m s1 m h[1] m h[ 2 ] 2m h
就具体工程项目而言，观测周期与工程的大小、测点所在位 置的重要性、观测目的以及一次观测所需要的时间长短有关。
6.变形测量的周期
大坝变形测量观测周期
变形种类
混凝 土坝 土石 坝 沉降 相对水平位移 绝对水平位移 沉降、水平位移
水库蓄水 前
1个月 半个月 0.5～1个月 1季度
水库蓄 水
1个月 1周 1季度 1个月
s1 s2 h h 12 L L
[1]
[ 2]
B
A C 倾斜观测示例
5.变形测量的精度
国际测量师联合会（FIG）1971年第13次大会上，变形 测量小组提出：“如果变形测量是为了确保建筑物的安全、 使变形值不超过某一允许的数值，则其观测值的误差应小于
1 1 变形允许值的 ；如果是为了研究变形的过程，则其 10 20
1.变形测量的基本概念
变形测量的具体对象为变形体 变形体的范围可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑 物的块体，它包括自然和人工的构筑物。 工程变形测量以工程和局部性变形为研究重点。
工程和局部性变形，如工程建筑物的三维变形、滑坡体的 滑动、地下开采引起的地表移动和下沉等
1.变形测量的基本概念
变形测量（deformation survey /measurement） ：
7.变形测量的研究现状及进展
变形监测技术的现状
•现场巡视 现场巡视检查是变形监测中的一个重要内容；
采用简单量具或临时安装的仪器设备在建筑物及其周围
定期或不定期进行检查； 检查结果可以定性描述，也可以定量描述。
7.变形测量的研究现状及进展
变形监测技术的现状
•位移监测
对于绝大多数工程项目，仅仅监测变形是不 够的，仅有变形信息无法进行变形分析和物 理解释，需要同时检测记录一些其他项目， 包括环境量、应变、应力、渗流等。
多种观测技术的综合应用
任何一种测量技术都有可能用于变形测量，尤其对于大型 工程建筑物，例如大坝变形测量，需要多种测量技术的综 合运用，如它的外部观测，可采用常规大地测量技术或 GPS 技术，它的内部观测则要采用多种准直测量技术和 正、倒锤测量技术等。
4.变形测量的基本原理
1
变形测量的基本方法是在变形体的变形特征 处设置一些点（称为目标点或变形点、监测 点），重复测算这些点的坐标，从点的坐标变 化中获取变形信息。
位移监测主要包括沉降监测、水平位移监测、挠度监测、 裂缝监测等； 对于不同类型的工程，各类监测项目的方法和要求有一定 的差异。 沉降监测的常用方法： 几何水准、三角高程、液体静力水准等；
水平位移监测的常用方法：
传统大地测量方法、摄影测量方法、基准线法、 空间定位技术、专门测量方法等
7.变形测量的研究现状及进展
2.变形测量的任务与目的
变形测量的任务：
所研究的物体是否发生变形？ 若发生变形，变形多大？
发生变形的原因是什么？
变形测量的任务是，应用各种测量手段，测定变 形体之形状、位置在时空域中的变化特征，并解释 其发生的原因。
2.变形测量的任务与目的
变形测量的目的和意义：
变形测量的实用意义是安全监测。主要是检查各种工程 建筑物、地质构造、工业构件等的稳定性，分析和评价建 筑物的安全状态，以便及时发现问题和采取应对措施。 拦河大坝是一类重要的工程建筑物，大坝失事极短时间内 造成巨大损失。