1、变形监测第一章变形、变形（Deformation）是指物体在外来因素作用下产生的形状、大小或者位置的改变。引起变形的外来因素主要包括外加力和温度。变形监测，也称为变形测量或变形观测，是指对物体的变形进行监视测量。变形监测是一项用各种测量仪器（传感器）对所监测物体在荷载和环境变化作用下产生的变形，进行数据采集、数据计算处理、变形分析与预报的测量工作。 变形观测方法一般分为四类：1、地面测量方法2、空间测量技术3、摄影测量和地面激光扫瞄4、专门测量手段变形观测数据分析内容1、几何分析是分析变形体在空间中和时域中的变形特性；2、物理解释是分析变形与变形原因之间的关系，用于预报变形，理解变形的机理。变
2、形的物理解释方法 1、统计分析法（或称回归分析法） 回归分析法是通过分析所观测的变形和变形成因之间的相关性来建立2、 确定函数法确定函数模型法是利用荷载、变形体的几何性质和物理性质，以及应力第二章建筑物垂直位移观测应该在基坑开挖之前进行，并且贯穿于整个施工过程中，而且延续到建成后若干年，直至沉降现象基本停止为止。垂直位移测量通常采用水准测量方法为了减少系统误差的影响，一般考虑采取以下措施： （1）固定观测路线设置固定的安置仪器点和立尺点 （2）固定观测仪器和人员监测工作中使用固定仪器和水准标尺，有条件时最好固定人员进行观测。三固定：路线、仪器、人员 保证水准基点稳定的措施远离深埋成组埋设如果布
3、设的水准基点与沉陷观测点之间的距离较远，需要在水准基点和沉陷观测点之间布置联系点，称为工作基点，垂直位移观测包括： 基坑回弹观测 地基土分层沉降观测 建（构）筑物基础 建（构）筑物本身的沉降观测 地表沉降观测目前垂直位移观测最常用的是精密水准测量方法，有的情况下也有应用液体静力水准测量方法观测。观测点布设有以下要求 ：（1）在基坑中央和距基坑底边缘约1/4坑底宽度处，以及其他变形特征位置设观测点。 （2）基坑外观测点，应在所选坑内方向线的延长线上距基坑深度1.52倍距离的范围内布设。（3）在基坑外相对稳定、便于保存且不受施工影响的地点，布设工作基点及为寻找工作基点用的定位点。 （4）观测路线应
4、组成起、迄于工作基点的闭合或附合路线，以便对观测结果进行检核。 沉陷观测是定期测量建（构）筑物（或地表）变形测量观测点（简称工作测点）的高程变化，得到其沉陷量，并计算其沉陷速度。为了测定混凝土坝的基础沉陷和混凝土坝体本身在垂直方向的伸缩，在基础与坝顶面埋设了沉陷观测点地面倾斜测量 一、水准测量方法二、倾斜仪测量方法 三、液体静力水准测量液体静力水准测量是测定观测点高程的一种方法。 1、基本原理 当两个容器中装有同类均匀液体时，两液面将处在同一水平面上。高差h可用液面的高度H1与H2求得 :水平位移测量控制网 观测点（或目标点） 为了测定建筑物或场地的水平位移，需在变形特征处设置一些点，称为水平
5、位移观测点或目标点 。 基准点 为了测取观测点的绝对水平位移值，需要有稳定的点作参考，这样的参考点也称为基准点。 工作基点 有时，为了方便观测，在离观测点较近的地方设置比较稳定的点，称为工作基点，在工作基点上直接对观测点进行观测。将基准点与工作基点或观测点联系起来，常常需要一些过渡点，称为联测点。 水平位移监测网采用：三角网、导线网、边角网、三边网、轴线等形式。方法有：测角前方交会、边角交会、导线测量法、极坐标法、小角法、测距法、经纬仪投点法、视准线法、引张线法、正垂线或倒垂线法。垂直位移监测网：闭合环、结点、附合水准路线等形式。方法有：几何水准、液体静力水准、测微水准或机械（电子）倾斜仪。
6、基准线法 (视准线法)测小角法：利用精密经纬仪精确地测出监测点方向与基准线所夹的小角，计算监测点相对于基准线的偏离值。 水平位移测量技术概述一、地面监测方法 常用的地面监测方法主要有：两方向(或三方向等)前方交会法、双边距离交会法、极坐标法、自由设站法、视准线法、小角法、测距法、三角网法、导线法、边角网法等。 地面监测方法的优点为： (1)能够提供监测对象的变形状态，监控面积大，可以有效地监测确定监测对象的变形范围和绝对位移量。 (2)观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度评定。 (3)灵活性大，能适用于不同的精度要求、不同形式的监测对象和不同的外界条件。 水平位移测量的专用方法包
7、括应变测量和基准线测量。和常规的地面监测方法相比，它们具有下列特点： (1)测量过程简单。 (2)容易实现自动化观测和连续观测。 (3)提供的是局部变形信息。第三章基坑变形监测是指在基坑开挖和地下工程施工过程中对基坑土层性状、支护结构变位和周围环境条件的变化进行各种观测及分析工作，并将结果及时反馈，以掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数、优化设计或采取措施确保施工安全。 基坑支护指基坑开挖过程中所设置的坑壁支护结构和撑锚体系，其功能是挡土止水、节约施工用地、保护周围环境或可利用作为建筑物地下空间的外墙结构等。 支护结构类型钢板桩支护、地下连续墙、柱列式灌注桩排桩支护、内支撑和锚杆支
8、护、土钉墙支护和深层搅拌水泥土桩支护等。 基坑监测任务是监视围护结构以及土体的稳定状态(内力和变形)； 基坑监测目的：（1）安全监测：监测基坑工程的变化，确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全；（2）指导施工：检验设计参数和各种假设的正确性，指导基坑开挖和支护结构的施工；（3）验证设计：用反分析法修正计算参数和理论公式，指导设计。 根据基坑工程的安全等级、地质条件和围护结构的类型确定监测对象和项目。一般包括:基坑工程施工现场监测的内容分为两大部分，即围护结构本身和相邻环境。 a）围护结构中包括围护桩墙、支撑、围檩和圈梁、立柱、坑内土层等五部分。 b）相邻环境中包括相邻土层、地下管线、相邻房屋等三部
9、分。 基坑工程监测方案设计的内容： 1、监测的具体内容（项目）；2、监测方法和仪器；3、施测部位和测点布置；4、监测期限和频度；5、预警值及报警制度等实施计划。基坑监测的时段：从基坑开挖直至建筑结构体施工至地面，或土体回填结束。沉降监测方法沉降观测采用几何水准测量方法，基准点与沉降测点之间构成闭合水准路线，水平位移监测方法 直线段视准线法。 曲线段全站仪极坐标法。 基坑监测预警值建筑工程变形监测的基本规定a)下列建筑物在施工及使用期间应进行变形测量：1 地基基础设计等级为甲级的建筑物。2 复合地基或软弱地基上的设计等级为乙级的建筑物。3 加层、扩建建筑物。4 受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地
10、下水等环境因素变化影响的建筑物。5 需要积累建筑经验或进行设计反分析的工程。6 需要进行变形测量的其他建筑物。b)建筑变形测量的平面和高程控制系统宜与国家平面和高程控制系统或所在城市使用的平面和高程控制系统相一致。当不便与国家或城市控制系统联测时，可使用独立的控制系统，但必须在技术设计及技术报告书中明确说明。c)建筑变形测量工作开始前，应根据建筑物地基基础设计的等级和要求、变形类型、测量目的、任务要求以及测区条件进行施测方案设计，确定变形测量的内容、精度、周期和次数及作业方法。d) 变形观测周期的确定应以能系统反映所测建筑变形的变化过程、且不遗漏其变化时刻为原则，并综合考虑单位时间内变形量的大
11、小、变形特征、观测精度要求及外界因素影响情况。当观测过程中变形发生异常时，应及时增加观测次数或调整变形测量方案。 e) 首次（即零周期）观测宜至少连续进行两次独立观测，当两次较差不超过两倍单位权中误差时取其中数作为变形测量初始值。f) 不同周期观测时，宜采用相同的观测网形、观测路线和观测方法，并使用经检校合格的同一测量仪器和设备。对于特级和一级变形观测，还宜固定观测人员、选择最佳观测时段、在基本相同的环境和条件下观测。当观测量受温度、气压、湿度等环境影响时，应对观测数据进行改正。 超超高层变形监测目的：在超高层建筑变形监测中，根据工程情况，采用多种先进的监测仪器对监测体进行准确、实时的监测，为
12、超高层结构的施工提供定位、动态修正、校正的依据，同时保证施工的安全性和可靠性。内容：监测结构的空间定位与变形；监测高层建筑结构摆动；建筑物挠度变形观测;压缩变形监测；监测建筑物整体沉降和差异沉降；监测日照、地球自转、风力、温差、施工振动等多种因素的影响作用。路基工程变形测量 作用和意义：（1） 保证路基在施工中的安全和稳定；（2） 预测、控制路基的沉降；（3） 为科研积累资料。路基工程变形监测的内容： 位移监测：沉降和水平位移；应力监测：土压力、孔隙水压力；强度监测：地基承载力。地下工程的特点 地下工程施工环境差 地下工程的坑道往往采用独头掘进，而洞室之间又互不相通，因此，不便组织校核，出现错
13、误往往不能及时发现。并且随着坑道向前掘进，点位误差的累积越来越大。 地下工程施工作面狭窄，并且坑道一般只能前后通视，致使控制测量形式比较单一，常规的地面控制测量形式已不在适合，只能采用导线形式。 测量工作随着工程的进展，需要不间断的进行。一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核。 由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法和仪器 施工监测的主要目的： 及时反馈，改进施工工艺和参数，减少土体的变形； 预测土体变形，为是否或怎样保护地面建（构）筑物提供依据； 控制隧道和地面建（构）筑的沉降在允许的范围内； 研究不同地层条件下施工工艺对土体变形的影响规律； 研究地表沉降和土
14、体变形的分析计算方法等结累数据； 发生工程环境责任事故时，为仲裁提供证据； 验证结构的安全性和设计的合理性。 隧道监测的项目和方法 监测项目的选择要考虑的因素： (1)工程地质和水文地质情况；(2)隧道埋深、直径、结构型式和施工工艺；(3)双线隧道与临近隧道或管道的间距； (4)地面临近建（构）筑物的尺寸、位置、结构特点等； (5)设计提供的变形及其它控制值及其安全储备系数。 (6)工程的具体情况和特殊要求。 地表沉降的估算：地表沉降的估算方法主要有派克法、有限元法和考虑固结因素的派克修正公式。地铁隧道变形监测实例1、人工变形监测 2、自动化变形监测桥梁工程变形监测变形监测内容1、 桥梁墩台沉
15、陷观测、桥面线形与挠度观测、主梁横向水平位移观测、高塔柱摆动观测；2、 为上述各测量项目所建立的水平位移基准网与沉陷基准网观测。监测内容包括基坑施工影响区范围内隧道的水平位移和垂直位移 。监测方法 测点布设 测点分为测站点、基准点以及观测点三类，测点的安装 观测点和基准点都采用棱镜作为观测标志固定在支座上，支座采用膨胀螺丝固定在隧道管片上。观测方法 测量误差分析监测系统布置 1、桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置 2、塔柱摆动观测点布置 3、水平位移监测基准点布置 4、垂直位移监测基准网布置 滑坡监测方法：简易观测法、设站观测法、仪表观测法和远程监控法等。监测资料插补的方法: 按内在物理联系进行插补 按数学方法进行插补 线性内插法 拉格朗日内插计算 多项式曲线拟合 周期函数的曲线拟合 多面函数拟合变形分析与建模的基本理论与方法1 回归分析法 2 时间序列分析模型 3 灰色系统分析模型 4 Kalman滤波模型 5 人工神经网络模型6 频谱分析及其应用 边坡工程监测网、监测点的布设：
