二章变形监测分析与预报的基础理论.ppt

第二章 变形监测分析与预报的基础理论,2.1 基础知识2.2 变形监测方案设计2.3 变形监测方法和自动化2.4 变形监测数据处理2.5 变形监测资料整理及成果表达和解释2.6 实例分析,2.1 工程变形监测的基础知识,典型动态变形模型,对于变形影响因子呈跳跃变化(突变)、线性变化(渐变)和周期变化(周变)所引起的变形体的典型变形可用下图的(a)、(b)、(c)来分别表示。,（a）突变模型对应的动态变形模型为,2.1.2 变形模型,图中 为始末时刻变形因子的值，为始末时刻的变形量，为传递常数和时间常数，为变化周期，为时间延迟。,2.1 工程变形监测的基础知识,典型动态变形模型,（b）渐变模型对应的动态变形模型为,2.1 工程变形监测的基础知识,典型动态变形模型,（c）周期变形变形影响因子随时间的变化 x(t)以及相应 的响应(变形)y(x)可表示为：,式中，,为变形影响因子的振幅和初相；,为变形的振幅和初相，,为周期。,2.1 工程变形监测的基础知识,运动模型,2.1 工程变形监测的基础知识,2.1.3、变形体的几何模型和监测网布设,变形体的几何模型 变形体的几何模型：参考点和目标点（统称监测点）定义在一个统一的坐标系中，我们将参考点、目标点及其它们之间的连接称为变形体的几何模型。如下图：,2.1 工程变形监测的基础知识,监测网布设 变形监测网：由参考点和目标点组成，是变形体几何模型的描述。一个网可以由任意个网点组成，但至少应有一个参考点、一个目标点（确定绝对变形）或两个目标点（确定相对变形）组成。变形监测网的坐标系和基准的选取原则：变形体的范围大且形状不规则时，可选择已有的大地坐标系统；对于一些具有明显结构性特征的变形体，最好采用基于监测体的坐标 系统；当仅对目标点的相对运动感兴趣时，可不设参考点，这时可采用自由 标准；对变形监测进行优化设计时，应同时顾及精度、可靠性、灵敏度以及建网费用。,2.2 变形监测方案设计,2.2.1 变形监测方案制定准则,描述或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所要施测的次数(观测周期数)两周期之间的时间间隔 一周期所允许的观测时间,2.2 变形监测方案设计,2.2.2 典型变形的准则分析,非周期变形,测量精度 y与预计的最大变形量 y（准确性差）有关：或y：变形监测分辨率，相邻两周期间能以一定概率(如P=95%)区分的最小变形量。y=10y（参见下图)。,2.2 变形监测方案设计,非周期变形,非周期变形的获取,2.2 变形监测方案设计,非周期变形,突变模型 末期观测必须在变形趋于平缓的时刻进行，一般要求:。其中：T为与变形体有关的时间常数，由试验和经验确定。为了获取变形随时间的变化情况，在 与 之间进行多周期观测。,2.2 变形监测方案设计,非周期变形,突变模型 设第 与 之间的时间间隔为，则 与观测时刻的变形速率 和变形监测分辨率 有关，有：两周期之间的设计值为：。,2.2 变形监测方案设计,非周期变形,突变模型 在初期，由于 较大且不精确，故 较小；到后期，随着 越来越精确且越来越小，会愈来愈大。则一周期所允许的观测时间 应满足：显然有：（的大小对测量方法的选择是很有意义）,2.2 变形监测方案设计,周期变形,2.2 变形监测方案设计,周期变形,与周期时间 有关，有；m=2，表示只对两个极值有兴趣且准确地知道所发生的时间，如在大坝的最高水位和最低水位时观测。m=20,；,2.2 变形监测方案设计,运动变形,在许多情况下，典型动态变形模型不能描述变形体的变形，则可采用运动变形模型，此时测量精度根据要求监测的最小变形量来确定，即要求满足：和；每一次的观测时间t由公式 估算。,2.2 变形监测方案设计,2.2.3 测量方法选择所应考虑的问题,测量精度的确定,观测周期数和一周期内观测时间的确定,监测费用的确定,其他考虑,2.2 变形监测方案设计,测量精度的确定 一般来说，变形观测是为了确保建筑物的安全，则测量精度应小于允许变形值的1/101/20；如果是为了研究变形的过程则观测精度还应更高。普遍的观点是：应采用所能获得的最好的测量仪器和技术，达到其最高精度，变形测量的精度越高越好。对于大坝变形观测，混凝土坝的水平位移和沉陷精度为12mm，土坝为35mm；滑坡变形的观测精度为几毫米至50mm。,2.2 变形监测方案设计,观测周期数和一周期内观测时间的确定（1）观测周期数的确定：取决于变形的大小、速度及观测目的，且与工程的规模、监测点的数量、位置以及观测一次所需时间的长短有关。（2）一周期内观测时间的确定：一周期所有的测量工作需在所允许的时间间隔内完成，否则观测周期内的变形将歪曲目标点的坐标值。,监测费用的确定（1）建立监测系统的一次性花费；（2）每一个观测周期的花费；（3）维护和管理费。,