工程测量概论 孙现申26变形测量概述 2hppt课件.ppt

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1、变形测量概述,军事工程测量学,二院一室孙现申 (635306,13503716254,),向同学们问好！,变形测量概述,内 容,一、称谓,二、变形测量概念,二、变形测量概念,三、物体变形形式,四、变形测量的任务,五、变形测量的意义,七、变形测量的精度要求,八、变形测量的观测周期,六、变形测量原理,九、参考点与参考网,十、变形测量的特点,十一、变形测量数据处理,十二、变形测量技术标准,十三、变形测量发展趋势,一、称谓,变形观测deformation observation,变形监测deformation monitoring,变形测量deformation survey 或 deformatio

2、n measurement,变形测量概述,精密工程测量precise engineering survey 精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸，它以绝对测量精度达到毫米级，相对测量精度达到110-5，以先进的测量方法、仪器、和设备，在特殊条件下进行的测量工作。（GB/T 15314-94精密工程测量规范3.1 ）,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（陈永奇，1998）,二、变形测量概念,为获取物体变形信息而进行的测量工作。,用测量的手段研究物体的变形。,对建筑物、构筑物及其地基或一定范围内岩体及土体的位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝等所进行的测量工作。（工程

3、测量基本术语标准7.1.1）,变形测量概述,三、物体变形的形式,变形测量概述,变形测量概述,三、物体变形的形式,变形测量概述,三、物体变形的形式,变形测量概述,三、物体变形的形式,变形测量概述,三、物体变形的形式,变形测量概述,三、物体变形的形式,绝对变形：,相对变形：,位移（“平面位移”的简称）,沉降（“垂直位移”的简称）,倾斜（变化）、纯粹变形（如挠度变化等）,（注：位移、沉降、倾斜在物理学中称为物体的机械运动）,四、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？,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。,发生

4、变形的原因是什么？,变形测量概述,具体原因，而不是力学的概括,从产生的实际影响，而不能从哲学角度,从测量误差中区分出来,进一步的发展,治理方案,五、变形测量的意义,关于物体的变形规律，人们已取得很多研究成果，但还不能满足实际需要。这是变形测量存在的基础。,对物体变形规律认识的不足带来的问题：设计的工程建筑物不是绝对安全；对物体变形规律需要继续探索。,变形测量概述,全球性的变形测量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。,区域性的变形测量用以研究地壳板块范围内变形状态和板块交界处地壳相对运动,局部性的变形测量主要是研究工程建筑物的沉陷、水平位移、挠度和倾斜，滑坡体的滑动以及采矿

5、、采油和抽地下水等人为因素造成的局部地面变形,五、变形测量的意义,变形测量概述,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，以便及时发现问题和采取应对措施。,是地震预报的首要工作。,测量控制点稳定性检验。,科研：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。,变形测量 与 政绩工程和形象工程 对立,六、变形测量原理,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。,变形测量概述,六、变形测量原理,其中,称为沉降灵敏度，反映该系统发现沉降的能力。,变

6、形测量概述,变形灵敏度：在一定置信水平和检验功效下，可发现的最小变形值,七、变形测量的精度要求,在上面的简例中,可以看出,灵敏度与观测精度直接相关。或者说,若规定了灵敏度,则可直接求出观测的必要精度,变形测量概述,“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变形允许值的1/10 1/20；如果是为了研究变形的过程,则其误差应比上面这个数值小得多(小于变形允许值的1/201/100),甚至应采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。”（FIG，1971）,变形测量概述,七、变形测量的精度要求,变形测量概述,七、变形测量的精度要求,八、变形测量的观测周

7、期,就变形测量的性质来说，观测周期越短越好，最好实现连续观测。,变形测量概述,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 )。,九、参考点与参考网,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。,变形测量概述,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。,九、参考点与参考网,但是, 措施不是结论。,注:参考点也称为基准点;参考网也称为基准网。,变形测量概述,测量人靠数据说话

8、!,多个参考点形成参考网,对参考网进行重复观测,参考网稳定性判断,平均间隙法,九、参考点与参考网,参考点对绝对变形信息至关重要,但对相对变形信息的求取却无直接关系。,变形测量概述,倾斜（变化）灵敏度,变形测量概述,九、参考点与参考网,挠度（变化）灵敏度,另外，实践中还存在工作基点的概念。介于上两者之间。,在多数工程变形问题中，人们较多关心工程建筑物的相对变形，而对绝对变形信息仅作为了解性的参考资料。,变形测量概述,九、参考点与参考网,一般来说，相对变形值的精度容易得到保证。,但对大坝等工程物，绝对变形与相对变形具有同等重要的地位。,十、变形测量的特点,变形与测量误差的区分、测量数据的管理、相关

9、知识的应用,变形测量概述,重复观测,精度要求高,多种技术综合应用,目标量是变形模型的参数，而不是点的坐标,变形网允许形亏,充分利用对变形规律的已有认识,十一、变形测量数据处理,粗差检验,变形物理解释,方差估计,平差,变形几何分析,变形分析,变形测量概述,十一、变形测量数据处理,变形分析的步骤：,变形测量概述,函数式的求解与检验。,将变形观测结果汇总成表、展点成图，如变形分布图、变形过程图等。,为变形分析选配一个函数式，可通过对变形展点图的观察（回归分析法），或基于对变形规律的物理认识（确定函数法）；,变形测量概述,十一、变形测量数据处理,变形测量概述,十一、变形测量数据处理,变形测量概述,十一

10、、变形测量数据处理,变形测量概述,十一、变形测量数据处理,某区域地表下沉速率（拟合结果）：,这里需要研究的问题：,变形测量概述,十一、变形测量数据处理,3.是否还有更好的模型？,1.模型何来？,2.该模型是否合适？(参数过多或过少？参数是否统计显著？),十二、变形测量技术标准,中华人民共和国行业标准: JGJ/T 82007建筑变形测量规程,建设部2007-09-04发布,2008-03-01实施,北京:中国建筑工业出版社2007中华人民共和国行业标准: YS 52291996岩土工程监测规范,有色金属工业总公司1996-11-20发布,1997-05-01实施,北京:中国计划出版社,1996

11、 中华人民共和国国家标准: GB/T 153141994精密工程测量规范 S,国家技术监督局1994-12-22发布,1995-10-01实施,北京:中国标准出版社1995,变形测量概述,十三、变形测量发展趋势,远程在线监控或网络监控将在重大工程安全监控管理中发挥巨大作用。,变形测量概述,在测量技术方面：,多种传感器、数字近景摄影、测量机器人和GPS的应用，将极大促进实时、连续、高效、自动化、动态监测系统的建立；,变形测量自动化将极大提高时空采样率，这将为变形分析提供极丰富的数据信息；,高度可靠、实用、先进的测量仪器和自动化系统，将在恶劣环境下长期稳定可靠地运行；,在变形分析方面：,十三、变形

12、测量发展趋势,变形测量概述,变形几何分析和物理解释的综合、变形非线性系统问题的研究将逐步展开，以知识库、方法库、数据库和多媒体为主题的安全监测专家系统的建立是未来发展的方向。,数据处理与分析将向自动化、智能化、系统化、网络化方向发展，时空模型和时频分析（尤其是动态分析）将得到重点研究，数字信号处理技术、数据挖掘技术将发挥重要作用；,对各种方法和模型的实用性研究将得到加强，变形测量系统软件的开发不会局限于某一固定模式，变形分析新方法仍将不断出现；,由系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协同学、突变论、分形与混沌动力学等所构成的系统科学和非线性科学将得到进一步应用；,思 考 与 练 习,一、名词解

13、释：变形测量 变形分析 相对变形 绝对变形参考点 参考网 变形灵敏度 允许变形值 弃真概率 纳伪概率 监测周期 深埋双金属管水准标石 倒锤二、简答题变形测量的任务 变形测量的意义 FIG1971确定的变形测量精度要求 监测周期、变形速率、观测精度之间的关系,变形测量概述,三、计算题在一长度为10m的条形基础的两端设置两个观测点，拟用水准测量的方法监测该基础的倾斜变化。欲发现1/1000的倾斜变化量，求两观测点间高差观测的必要精度。 为监测某直线形大桥6个桥墩相对于2个桥台的横向位移，拟分别在2个桥台设站用小角法测算各桥墩相对于2个桥台连线的偏离值，然后取加权平均。已知相邻墩台间距均为100m，

14、欲监测的最小变形值为5mm，试求小角观测的必要精度。 对某高耸建筑物进行倾斜测量，在300000方向上测得的倾斜为+13，精度为3；在900000方向上测得的倾斜为+16，精度为2。试求该建筑物的实际倾斜方向、倾斜值及其精度。,思 考 与 练 习,变形测量概述,相 关 文 献,苏M.E.皮斯库诺夫.建筑物变形观测的作业方法.孔祥元等译,吴翼麟校,北京:测绘出版社,1985苏B.H.甘申等.建筑物垂直位移的观测与水准标石稳定性分析.高士纯等译,宁津生校,北京:测绘出版社,1986张正禄、黄全义、文鸿雁、邓跃进等:工程的变形监测分析与预报.北京:测绘出版社,2007何秀凤.变形监测新方法及其应用.

15、北京:科学出版社,2007候建国、王腾军.变形监测理论与应用.北京:测绘出版社,2008,变形测量概述,相 关 文 献,朱建军、贺跃光、曾卓乔.变形测量的理论与方法.长沙:中南大学出版社,2004黄声享、尹辉、蒋征.变形监测数据处理.武汉:武汉大学出版社,2003吴子安.工程建筑物变形观测数据处理.北京:测绘出版社1989陶本藻、汪晓庆、杜方.监测网理论与应变分析方法.武汉:武汉测绘科技大学出版社1992陈永奇.变形观测数据处理.北京:测绘出版社,1988陈永奇、吴子安、吴中如.变形监测分析与预报.北京:测绘出版社,1998,变形测量概述,相 关 文 献,陶本藻.自由网平差与变形分析.北京:测

16、绘出版社,1984陶本藻.自由网平差与变形分析.武汉:武汉测绘科技大学出版社,2001伊晓东、李保平.变形监测技术与应用.郑州:黄河水利出版社,2007岳建平、田林亚.变形监测技术与应用.北京:国防工业出版社,2007林文介等.建筑物安全监测必要精度模式确定.地壳形变与地震,Vol.18增刊2,1998有关工程测量教材和会议论文集如(FIG等),变形测量概述,思 考 与 练 习,变形测量概述,变形测量：为获取物体变形信息而进行的测量工作。,变形测量：对建筑物、构筑物及其地基或一定范围内岩体及土体的位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝等所进行的测量工作。（GB/T 500281996工程测量基本术语标准

17、7.1.1）。,变形分析：根据变形观测资料，通过计算确定变形的大小和方向，分析变形值与变形因素的关系，找出变形规律和原因，判断变形的影响，并作出变形预报等工作的总称。（GB/T 5022896,7.3.26，工程测量基本术语标准，北京：中国计划出版社）,变形灵敏度：在一定置信水平和检验功效下，测量系统可发现的最小变形值，反映系统发现变形的能力。,变形允许值：建筑设计规范中规定的变形限值,思 考 与 练 习,变形测量概述,变形测量的任务：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。,变形测量的意义：工程意义是安全监测。主要是检查各种工程建筑物、地质构造、工业

18、构件等的稳定性，以便及时发现问题和采取应对措施。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。,FIG1971确定的变形测量精度要求：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变形允许值的1/10 1/20；如果是为了研究变形的过程,则其误差应比上面这个数值小得多(小于变形允许值的1/201/100),甚至应采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。,思 考 与 练 习,变形测量概述,监测周期、变形速率、观测精度之间的关系：,题：在一长度为10m的条形基础的两端设置两个观测点，拟用水准测量的方法监测该

19、基础的倾斜变化。欲发现1/1000的倾斜变化量，求两观测点间高差观测的必要精度。,解：倾斜度的计算公式为i=h/L,其中h为两个观测点间的高差，L为两个观测点间的距离，在本题中可取：L=10m。因此，有中误差关系mi=mh/L,又，倾斜变化量等于两期倾斜量之差。故其中误差为,欲发现1/1000的倾斜变化量，则须使2mi1/1000，亦即,从而,此即两观测点间高差观测的必要精度。,题：为监测某直线形大桥6个桥墩相对于2个桥台的横向位移，拟分别在2个桥台设站用小角法测算各桥墩相对于2个桥台连线的偏离值,然后取加权平均。已知相邻墩台间距均为100m,欲监测的最小变形值为5mm,试求小角观测的必要精度

20、。,解：据题意，第i点偏离值的误差为,最弱点在3和4,其中m为小角观测精度，s为监测点间距 s=100m,欲发现5mm的变形，应使,故应有,思 考 与 练 习,变形测量概述,可得,即：为发现5mm的变形值，小角至少应以1.5的精度进行观测。,思 考 与 练 习,变形测量概述,题：对某高耸建筑物进行倾斜测量，在300000方向上测得的倾斜为+13，精度为3；在900000方向上测得的倾斜为+16，精度为2。试求该建筑物的实际倾斜方向、倾斜值及其精度。,解：设该高耸建筑物的高度为h，则在300000方向上，建筑物顶部中心相对于底部中心的水平偏移分量及其精度为,在900000方向上，建筑物顶部中心相对于底部中心的水平偏移分量及其精度为,因此，实际总偏移量为,思 考 与 练 习,变形测量概述,实际偏移与300000方向的夹角,其中交会角900000300000600000。所以得该高耸建筑物实际倾斜为17，倾斜方向为300000+=300000+400930=700930。,将,写成,思 考 与 练 习,变形测量概述,进行微分并利用误差传播律，得,即所求实际倾斜值的精度为2.4。,谢谢大家！,谢谢大家的耐心！,