《大坝变形观测》PPT课件.ppt

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1、大坝变形观测,任课教师：高 飞,合肥工业大学土木与水利工程学院,水利水电工程专业,第一章 变形监测概述第二章 垂直位移与水平位移观测第三章 变形监测新技术与工程实例第四章 变形监测数据处理基础,本课程主要内容,大坝变形观测,第2章 垂直位移与水平位移观测,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志 2.2 垂直位移观测 2.3 地面倾斜测量 2.4 水平位移观测网及观测标志 2.5 水平位移测量技术概述 2.6 视准线法测量水平位移 2.7 激光准直测量 2.8 引张线法测量水平位移 2.9 建筑物主体倾斜和挠度测量 2.10 裂缝测量,大坝变形观测,第2章 垂直位移与水平位移观测,地面和建（构）筑

2、物的变形包括：垂直位移：沉降和回弹水平位移：水平方向上的位移（与轴线垂直方向上）,一、垂直位移观测的重要性,随着工程建筑物的修建，建筑物的基础和地基所承受荷载不断增加。当地基承载力相同时，建筑物将发生均匀沉降。若地基承载力不同，会发生不均匀沉降。有的建筑物建成时是均匀沉降，后来由于地下水位以及周围荷载的改变，引起了不均匀沉降。建筑物这种沉降变形，其值在一定范围内时可视为正常现象。如超过某一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,例如著名的意大利比萨斜塔，塔高54.5m，为8层圆柱形建筑，始建于1174年。最终于1370年（有报道为135

3、0年建成）建成。当时塔顶中心偏离垂直线2.1m，这却反而成了斜塔的特色，从而成为世界闻名的建筑奇观，令它成为名闻遐迩的旅游胜地。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,到1990年比萨斜塔的基础南端的沉降为2.8m（其基础承压为kg/cm）；北端的沉降为1.2m（相应压力为kg/cm），塔顶最高处偏离垂直线达米。倾斜量正以每年1mm速度在加速倾斜。于1990年1月关闭，并开始新一轮的加固工程。耗资2500万美元，历时11年，于2001年12月比萨斜塔重新对游客开放。,6米,54.5米,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,在第32届国际地质大会上介绍（2004年6月，

4、意大利佛罗伦萨）纠偏扶“正”加固工程之后，比萨斜塔的倾斜角从5.5减小到5，纠偏近50cm。经科学预测，比萨斜塔倾斜变形要再达到1990年以前的水平，将需要300年时间。,5.56米,54.5米,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,又如我国苏州市的虎丘塔，建于公元959年，塔高出地面47.5 m。呈八角形，是一座砖身木檐的阁楼式佛塔，计七层。据变形资料分析，塔顶中心偏离底层中心2.3m，底层地面南北高差0.48米。倾斜使塔的中心北移，塔身最大倾角为359，被称为“中国第一斜塔”。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,西安大雁塔,有1300

5、余年历史的大雁塔也沉降了1198 mm;1985年向西北方向倾斜998mm，至1996年倾斜达1010.5mm;平均每年倾斜1mm.,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,位于广东开平市蚬(xian)冈镇的一处碉楼，共7层;其倾斜角为15;大于意大利比萨斜塔的倾斜度。,广东开平碉楼,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,建（构）筑物的沉降和倾斜，很多是由于其自身基础和结构问题造成的；当基础产生整体不均匀沉降时，建筑物势必会出现倾斜。而基础的沉降或不均匀沉降，又与周围环境的变化和诸多人为因素相关。如大型煤矿的地下开采，造成地面大范围沉降或塌陷；

6、地下水的大量抽取使地下水位急剧下降等。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,一、垂直位移观测的重要性,建（构）筑物变形监测网的点位及其使用的测量标志，如何确定、应具备什么样的构造特点、如何布设等，是变形监测工作中的一个重要的环节。,1.按工作性质分类 可分为平面标志和高程标志。（1）平面标志用来构成测量建筑物平面位移的平面控制网。（2）高程标志则构成观测建筑物沉降或进行垂直位移观测的高程控制网。,二、垂直位移监测网（点）的布设,测量标志的分类,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,2.按用途分类按不同的用途形观测使用的测量标志可分为三类，即：变形点、工作基点和基准点。（1）变形点又称变形观测

7、点 直接埋设在所要观测研究的建（构）筑物上，它们和待测建筑物一起移动，以表明建筑物空间位置的变化。,测量标志的分类,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,测量标志的分类,2.按用途分类(1)变形点又称变形观测点,(2)工作基点即测量控制点（包括测站点、联系点、检核点和定向点等工作点），仪器安置在工作基点上以测定变形点的平面位置和高程。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,(3)基准点 是变形监测控制网的基础，通常埋设在变形地区之外，便于长期保存和具有很好的稳定性，是建（构）筑物是否产生变形的参照点。,测量标志的分类,2.按用途分

8、类(1)变形点又称变形观测点(2)工作基点即测量控制点,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,为了测定建筑物的沉降，就要在最能反映建筑物沉降的位置上埋设观测点（变形点）；为了测定观测点的沉降，要在建筑物附近地基比较稳定且便于观测的地点埋设水准点（即高程工作基点）用来测定观测点的沉降。至于水准点本身有无变动，要由离建筑物较远的水准基点来检测。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,在拟定沉降观测点的布置方案时，通常是由设计部门提出要求有施工组织计划者提出布置方案，在施工期间进行埋设。观测点应有足够的数量，观测点应牢固地与待测物体连接

9、在一起，便于观测，并使其在整个观测期间不被破坏。,1.沉降观测点布置的基本要求,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,对于民用建筑物，通常在建筑物四角、中点、转角处、沉降缝及伸缩缝的两侧等关键部位布置观测点。当建筑物较大时，沿着建筑物的周边每隔1015m布置一个观测点；对于混合结构，观测点布置在承重墙上；对于框架结构，可隔一、二个柱子设观测点。对于宽度大于15m且内部有支柱的建筑物，或位于膨胀土地区的建筑物，其内部也应布置观测点。,2.沉降观测点布置的具体方法 观测点的布置视地基、建筑结构及观测要求而定。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网

10、（点）的布设,对于一般工业建筑来说，除了柱子基础上布设观测点之外，在主要设备基础的四周以及动荷载四周和地质条件不良之处也要布置观测点。对于电视塔、水塔、烟囱、油罐、高炉等高耸建（构）筑物，应沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，且点位不少于4个。,2.沉降观测点布置的具体方法,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,当建筑物比较重要而地基情况复杂时，为了研究各土层压实情况，应布置分层沉降观测点。布点时，以布设在基础中心线上为宜，条件不允许时，也可布设在基础边缘。分层沉降观测点埋设得最大深度应达到理论计算的受压层的底部，其余各层观测点的深度和数量应根据土层和应力的

11、大小而定。,2.沉降观测点布置的具体方法,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,二、垂直位移监测网（点）的布设,沉降观测点布置及沉降曲线图,注：图中括号前数字是观测点编号；括号内数字是沉降量（单位：mm）,沉降观测点布置及沉降曲线图,1.基准点的结构要求（1）标志能长期保存 这种标志通常采用钢筋混凝土或金属材料制成。（2）标志应稳定不动 标志的埋设位置应仔细选择，远离变形区域，并将其基础埋设到可靠的深度上，同时采用专门的稳定结构。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,三、水准基点标志的结构和埋设,水准基点应成组布设，便于检核。,（一）水准点标志的结构,1.基准点的结构要求（1）标志能长期保存

12、（2）标志应稳定不动,（3）标志的上部结构应便于测量仪器和设备以要求的精度进行安置和对中。标志露出地面的高度要适当，标志之间通视良好，便于观测。（4）标志头上应有可微动的装置，以便将标志中心移到设计的位置。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,（一）水准点标志的结构,1.基准点的结构要求,2.工作基点的结构要求 对工作基点的结构要求与基准点基本相似，只是前两项要求可略放宽。因需安置测量仪器进行观测，故点位应设在靠近观测目标且便于联测变形点的稳定或相对稳定的位置。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,（一）水准点标志的结构,1.基准点的结构要求,3.变形点的结构要求（1）变形点（观测点）应与

13、研究的建筑物牢固地连接在一起，随建筑物的变形而移动。（2）标志能长期保存，不受破坏。（3）变形点与工作基点能互相通视，目标鲜明，便于观测。（4）可安置相应的仪器设备等。,2.工作基点的结构要求,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,（一）水准点标志的结构,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,1地表岩石标 高程基准点应尽可能埋设在基岩上。在山区建设中以及平坦地区覆盖层很浅时，可采用岩石类标志。,2深埋金属管标志 在复盖层较厚的平坦地区，宜采用钻孔穿过土层和风化岩层达到基岩而埋设的钢管标志；,3双金属标志 为了避免由于温度变化对标志高程的影响，可设计并埋设双金属标志。,4普通混凝土标志,（二）水

14、准基点标志的类型,双金属高程基准点,双金属标志 利用钢管和铝管具有不同的温度膨胀系数，在变形监测的同时，测定两管长度的变化差值并加以改正，即可达到消除由于温度变化对标志高程影响的目的。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,双金属高程基准点,双金属标志的设计和埋置（1）在保护钢管的内部平行埋设（或同轴埋设）两根钢管和铝管，埋设深度一般要求小于15米。（2）其顶部高出地面并具有测定两管因温度变化引起的长度差值的读数装置。（3）如果要求埋设深度超过15米，可将双金属管改成双金属丝，下端铆固，上端拉紧，原理与双金属管标志相同。,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,平行埋设双金属管,同轴埋设双金属管

15、,双金属高程基准点的原理,假设钢管和铝管原长为L0，其膨胀系数为：,因为温度t未知，且难以测定；故实际测量时，测定钢、铝两管的伸缩差值，即,实测时由于温度变化的影响，钢管和铝管的实际长度变化为：,双金属高程基准点的原理,由前面的假设和推导，得,根据上面两式，可得：,双金属高程基准点的原理,将上式移项后，得,代入钢、铝的膨胀系数：,故得到钢、铝两管伸缩量：,1远离待测物体 应埋设在地基土壤受到待测建（构）筑物荷载之后，压力扩散范围以外的地区。,2深埋（1）基准点标志的底部应埋至地下水位变化范围的下限以下。（2）在冻土地区，基准点标志的底部应埋至冻土深度以下0.5米。,（三）水准基点埋设的基本要求

16、,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,三、水准基点标志的结构和埋设,用作观测建筑物高程变形的标志形式很多，常用的有以下五种形式：,1弯钩式墙上变形点 焊接、浇铸在建筑物或构件的设计部位,2铆钉式地面变形点 固定在地板或基础平面上,4钢结构上的变形点,3隐蔽式墙上变形点 内凹在墙体的螺旋结构装置，平时用螺盖保护,5隐蔽式地面变形点,2.1 垂直位移监测网布设及观测标志,四、沉陷观测点标志的结构和埋设,长江三峡水利水电枢纽,长江三峡水利大坝,长江三峡水利水电枢纽测量标志,港口弯水库大坝全景,港口湾大坝全自动变形监测系统,港口湾大坝基准点控制网,港口湾大坝水准基点控制网,港口弯水库大坝工作基点,港

17、口弯水库大坝工作基点,港口弯水库大坝观测点标志,垂直位移观测主要包括：基坑回弹观测、地基土分层沉降观测、建（构）筑物基础及结构本身的沉降观测、地表沉降观测等。常用方法主要有：水准测量、液体静力水准测量和三角高程测量等。,1基坑回弹 大型或高层建（构）筑物在基础施工时，需要开挖基坑。当基坑地基土自重被卸除后，引起基坑内外影响范围内岩石层相对于开挖前的回弹。,2.2 垂直位移观测,一、基坑回弹观测,1基坑回弹,2.2 垂直位移观测,一、基坑回弹观测,2基坑回弹测量点位布设 回弹测量点位包括：工作基点、定向点和观测点。点位布设基本要求：（1）坑内观测点布设；（2）坑外观测点，应在所选坑内方向线的延长

18、线上距离基坑深度1.5 2倍距离的范围内布设；（3）工作基点（含定向点）应布设在基坑外相对稳定、便于保存、不受施工影响的地方；（4）施工前后一般均采用闭合或附合水准测量方法观测地面观测点的高程。,1基坑回弹2基坑回弹测量点位布设,2.2 垂直位移观测,一、基坑回弹观测,3坑底回弹测量方法 当基坑深度在810米以上时，基础施工前后必须进行基础回弹测量。回弹观测点应埋至基础坑底0.5米以下。,观测时先将地面点已知高程传递到坑底，再测量回弹观测点的高程变化量。,2.2 垂直位移观测,一、基坑回弹观测,二、沉陷观测,即定期测量观测点（高程变形点）相对于水准点（高程工作基点）的高差，以求得观测点的高程，

19、并将不同时期所测得的高程加以比较得出建（构）筑物（或地表）的沉降情况资料，包括沉陷量和沉陷速度。,为测定建筑物沉陷量所进行的水准测量工作称为沉降水准测量。,2.2 垂直位移观测,一、基坑回弹观测,二、沉陷观测,沉陷观测的具体工作包括：1沉陷观测方案设计（测量目的、执行技术标准、精度要求（精度估算）、采用测量方法、使用的仪器、工作进度及提交的成果等）；2沉陷测量点位的布设（观测点、工作基点、基准点等）；3沉降水准测量的实施（包括基准点检核）；4测量成果（观测数据、沉陷量计算、绘制沉降曲线图、精度分析与安全预报等）。,精密水准测量精度等级的确定和分析,沉降水准测量精度等级的选取，取决于观测对象预计

20、沉降量的大小和观测目的。,第一章曾指出：如果观测目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于变形值的110120；如果观测目的是为了研究其变形的过程，则中误差应比这个数值更小（1201100）。,一、精密水准测量精度等级的确定,精密水准测量精度等级的确定和分析,据建筑地基基础设计规范，工业和民用建筑相邻柱基允许沉降差（单位毫米）如下表。,精密水准测量精度等级的确定和分析,以上表中有代表性的允许沉降为例，为保证沉降观测的精度，取观测中误差为20确定沉降水准测量的精度等级，划分成为五个等级。,需要说明的是，以上表的选用值作为沉降水准测量等级划分的依据，仅是应用实例

21、之一。过去在一些城市建设和地矿、水利等行业的沉降水准测量中常采用这种分等级的方法。,精密水准测量精度等级的确定和分析,现行的建筑变形测量规范对沉降水准测量精度等级划分，作了如下规定：为适应变形监测这种小范围测量工作的具体情况，应以水准测量每测站高差中误差作为沉降水准测量等级的精度指标。根据这一原则，规范将沉降水准测量的精度等级分为四级，即特级和一、二、三级。其中一、二、三级的精度指标以国家水准测量规范规定的每公里往返测高差中数的偶然中误差M为依据，由下列换算公式计算出单程观测测站高差中误差。,式中：d 为各相应等级水准测量路线长度（单位：m）,由下列换算公式计算出单程观测测站高差中误差，则可得

22、沉降水准测量等级精度指标m0。,精密水准测量精度等级的确定和分析,因特级沉降水准测量主要用于特种精密工程和重要科研工程项目的变形监测，现行国家水准测量规范中还没有该等级的M值。参考国外有关变形监测规范，并根据我国多年来对高精度变形监测精度指标的研究成果，建筑变形测量规范中提出用不同类型水准仪的单程观测每测站高差中误差估值md（mm），可按下列经验公式计算：,DS05型 DS1型DS3型,精密水准测量精度等级的确定和分析,二、沉降水准测量精度分析 为能合理的进行沉降水准测量并提高其观测精度，现结合沉降水准测量的特点进行精度分析，以便得出某些可遵循的结论。,（一）沉降水准测量的误差 由于沉降水准测

23、量中视线短，站数多，因而在精度分析中，一般不用每公里的中误差来衡量水准测量的精度，而用每一测站的高差中误差来衡量，每测站的高差中误差包含有下列几种误差：,1.观测误差；2.仪器误差；3.外界条件的影响,精密水准测量精度等级的确定和分析,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,观测误差 水准仪每瞄准水准尺读数一次，该读数中的主要误差来源是:(1)照准误差(2)符合水准器气泡居中的误差(3)读数误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,观测误差,（1）照准误差人眼的极限分辨能力为60，通过望远镜去照准水准尺，照准误差为：,式中：v 望远镜放

24、大倍数，d 最大视距，=206265”,精密水准测量精度等级的确定和分析,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,观测误差,（2）符合水准气泡居中误差,式中：为水准仪水准管分划值（格值）,（1）照准误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,（2）符合水准气泡居中误差,根据所用的仪器不同，可分为下列三类：用DS05(或DS1)和因瓦尺读数时，,（1）照准误差,（3）读数误差,用DS1型水准仪和木质双面尺时，,用DS3型水准仪和木质双面尺时，,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,观测误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,综上所述，每测站高差的观测误差为：,（2）符合水准气泡

25、居中误差,（1）照准误差,（3）读数误差,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,观测误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,精密水准测量精度等级与技术指标,精密水准测量的观测误差,1观测误差,仪器误差主要包括:(1)调焦误差(2)水准尺分划误差(3)尺底不平的误差(4)水准仪的i角误差,2仪器误差,此时,水准仪的i角（视准轴不平行于水准管轴所引起的夹角）不可能完全消除，它由于前后视距离不等（即视距差d）而产生的影响为：,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,(1)调焦误差(2)水准尺分划误差(3)尺底不平的误差(4)水准仪的i角误差,2

26、仪器误差,由于在求取每测站的高差时，和 的影响只有一次,而 和 的影响为两次，故每测站的高差中，仪器误差为：,（一）沉降水准测量的误差,2仪器误差,1观测误差,外界条件影响的误差主要包括水准尺立尺不直的误差和其他外界条件的影响。因此，每测站的高差中，外界影响的误差为：,2仪器误差,3外界条件的影响误差,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,(1)特级和一级沉降水准，每测站可取,影响水准测量精度的外界因素很多，很难确切估算。,3外界条件的影响误差,(2)二级沉降水准，每测站可取,(3)三级沉降水准，每测站可取,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测

27、量的误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,(1)单转点法每测站的高差中误差,将上述三方面的分析进行综合，可以得到沉降观测水准测量单转点法和双转点法每测站的高差中误差,4沉降观测每测站的高差中误差和环线闭合差限差,(2)双转点法每测站的高差中误差,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,(1)单转点法,式中：n 为水准线路环线的测站数,4沉降观测每测站的高差中误差和环线闭合限差,(2)双转点法,(3)每测站的高差允许值,(4)沉降水准测量环线闭合差的限差,（取2倍测站高差的中误差为每测站的高差允许值）,沉降水准测量精度估算结果,沉降水准环线，共有站，

28、i为环线上任一观测点，n1、n2分别为高程工作基点至i点的测站数，即n1+n2=n。设为每测站的高差中误差，Hi1、Hi2分别为从两条水准路线（起于同一工作基点）推算到i点的高程。,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,A n1 Hi1 n2 Hi2 i,二、沉降水准测量精度分析（一）沉降水准测量的误差,精密水准测量精度等级的确定和分析,若不考虑起始误差的影响，则Hi1、Hi2的中误差分别为：,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,A n1 Hi1 n2 Hi2 i,i点的高程 Hi 是 Hi1 和 Hi2 的加权平均值，即,i点的高程Hi的中误差按加权平均值中误差

29、计算,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,2沉降水准环线最弱点的高程中误差,根据误差理论，水准环线最弱点就是环线中点（最弱点即整个水准路线中精度最低点），现证明如下：,假设,令,得：,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,2沉降水准环线最弱点的高程中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,i点的高程Hi的中误差值为最大。由此得沉降水准环线最弱点的高程中误差为：,即当,由,得：,时，,2沉降水准环线最弱点的高程中误差,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,由于观测点的沉降量i是由前后两次所测高程求出的，即,而前后沉降观测时皆采取同样的水准测量路线、同样的观

30、测方法和仪器可认为是等精度观测。故 i 点的沉降量中误差为：,3观测点沉降量的中误差,2沉降水准环线最弱点的高程中误差,1观测点高程的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,观测点的最弱点，即沉降水准测量环线的最弱点，其沉降量的精度最低。,3观测点沉降量的中误差,4观测点最弱点沉降量的中误差,（二）观测点沉降量的精度分析,一条沉降水准测量线路中最弱点沉降量的精度，如果满足规范和实际工作的要求，说明整条线路中各观测点的测量精度均符合要求。由此我们可根据观测点最弱点沉降量的中误差计算公式，推得一条沉降水准线路最大测站数的估算公式，即,5沉降水准线路最大测站数,（二）观测点沉降量的精度分析,建筑变形测

31、量规程中对同一个沉降观测周期中，选用的沉降水准测量线路条数 r 作了如下规定：,6沉降水准测量线路条数 r 的确定,式中：m0 为所选沉降水准测量等级的测站高差中误差；md 为使用不同类型水准仪的单程观测每测站高差中误差的估值。,沉降水准测量的实施,一、沉降水准观测等级的选用和施测要求,采用“后前前后”方法进行水准测量,沉降水准测量的实施,一、沉降水准观测等级的选用和施测要求,二、沉降水准环线的布设,在沉降观测等级已经确定，高程工作基点(水准点)和观测点均已埋好的基础上，再根据现场情况布置施测环线。具体要求如下：,1水准线路应力求站数最小，不得超过限制的测站数。,2当观测点较多时可组成几个环线

32、，或布设成环内附合线路，但不得附合两次，附合点应选精度较高的点，避开环线上的最弱点。,3如果个别点难以编入环线时，可用中视法观测两次，并在环线上注明。,沉降水准测量的实施,根据沉降观测的特点，实测时应注意以下几个问题。,1工程开测前，应对水准仪和标尺进行检验和校正。,2观测前应检查各观测点和水准点是否符合要求，有无松动情况，以便作业顺利进行。,三、外业观测注意事项,3观测时采取措施减少温度和大气折光的影响。,4施工阶段进行沉降观测时，应纪录观测时的施工进度，以便绘制沉降量与荷载关系曲线图。,5沉降观测中应采取“三固定”的办法来提高观测点沉降量的精度，即在沉降观测中固定观测人员，固定所用仪器和在

33、施测中固定施测路线。,沉降水准测量的实施,观测周期的确定，应能得出比较完整的时间下沉曲线为准。观测周期一般可按下列两种方法确定：,1按荷载阶段确定周期,四、观测周期的确定,从施工开始到满荷载为第一阶段，其观测周期约为10天月左右（视施工进度而定）。从满荷载起至沉降速度变化趋向稳定时为第二阶段，此阶段的周期可适当放长，但不应超过三个月。自沉降速度稳定后至基本停止沉降为第三阶段，其观测周期开始时为半年或一年一次，往后可增加到至年观测一次。,沉降水准测量的实施,1按荷载阶段确定周期,2按沉降速度确定,四、观测周期的确定,沉降水准测量的实施,沉降水准测量的计算和成果整理,一、沉降水准观测记录和计算,三

34、、沉降水准测量成果整理,二、观测点沉降量的计算,1.基础平面示意图2.观测点的沉降曲线图3.沉降量计算表,注：图中括号前数字是观测点编号；括号内数字是沉降量（单位：mm）,1.基础平面示意图,2观测点沉降曲线图的绘制,3观测点沉降量计算表(单位:厘米),沉降水准点稳定性检验与分析,沉降观测使用的测量标志（点位）：（1）变形点（沉降观测点）与待测物体固连（2）工作基点（水准点）布设在待测物体附近（3）基准点（水准基点）远离待测物体。,测区工作基点应与基准点进行连测，以检查工作基点是否稳定，若不稳定，则加以改正。,沉降水准点稳定性检验与分析,二、有固定起始点时水准点稳定性检验,当基准点距离较远连测

35、有困难，或者测区内的水准点都难以保持稳定不动时，应根据重复观测的结果进行分析，选出一个相对来说较为稳定的水准点作为起算点。,一、无固定起始点时水准点稳定性检验,其它沉降观测方法简介,测定建（构）筑物沉降量的方法有多种。除常用的几何水准测量方法以外，当不便使用几何水准测量时或需要进行自动观测时，可采用液体静力水准测量方法；当测量观测点间的高差较大，且要求精度较低时，亦可采用三角高程测量方法。,其它沉降观测方法简介,建（构）筑物变形点的沉降可用三角高程测量方法来测定，其精度略低于水准测量方法，对高差较大的各个变形点的沉降观测，三角高程测量方法比其他方法更加方便。,三角高程测量,A、B两点间的高差：

36、,式中：cD2 球气差改正数c 球气差系数,其它沉降观测方法简介,三角高程测量,球气差改正包括：球差改正f1和气差改正f2,式中：K大气垂直折光系数；地球曲率半径，取=6371km。,其它沉降观测方法简介,三角高程测量,球气差改正数为：,其它沉降观测方法简介,三角高程测量,A、B两点间的高差：,根据误差传播定律，得到利用三角高程测量单向观测方法，所求高差的中误差：,其它沉降观测方法简介,三角高程测量,2.3 地面倾斜测量,倾斜测量应包括两类：（1）相对于水平面的倾斜测量；（2）相对于垂直面的倾斜测量。,本节研究的目标是地面倾斜测量，因此主要介绍相对于水平面的倾斜测量。,相对于水平面倾斜测量的主

37、要方法有三种：（1）精密水准测量方法（2）倾斜仪测量方法（3）液体静力水准测量方法,第2章 垂直位移与水平位移观测,一、水准测量方法,基本原理：利用水准测量的方法，测出地面两个观测点A、B的沉陷值WA、WB，根据两点沉陷值的差值（即相对沉陷值）和两点间的距离LAB，计算出两点间的平均倾斜值iAB。,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,倾斜仪按用途分为两类：（1）测量水平度的倾斜仪；（2）测量垂直度的倾斜仪。,倾斜仪按构造分为三类：（1）水准管式倾斜仪（气泡式）；（2）电子倾斜仪；（3）垂直钟摆式倾斜仪。,一、水准测量方法二、倾斜仪测量方法,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位

38、移与水平位移观测,（一）水准管式倾斜仪（气泡式）,二、倾斜仪测量方法,灵敏度2，倾斜观测范围1,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,（二）电子倾斜仪,二、倾斜仪测量方法,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,（二）电子倾斜仪,二、倾斜仪测量方法,电子倾斜仪应与待测物体连接在一起，并与计算机相连，自动记录观测数据，计算倾斜量。倾斜测量范围：200倾斜角精度：0.2,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,（三）垂直钟摆式倾斜仪,二、倾斜仪测量方法,该倾斜仪一般与待测物体固连在一起，起算数据应将钟摆调整在线圈中心使得电压平衡；当发生倾斜时，电压随之变

39、化即可解算出倾斜量。可由计算机进行遥测记录并计算倾斜量。,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,利用测斜仪借助钻孔可测量基础或岩层深部的倾斜位移量。,2.3 地面倾斜测量,测斜仪,测斜管,测斜导管,地面、地基或建（构）筑物各变形点间的沉降较小,但测定其沉降量的精度要求较高,在不便于进行几何水准测量的情况下,可采用液体静力水准测量的方法。,三、液体静力水准测量,液体静力水准测量方法的基本原理就是物理学中的连通管原理。,一、水准测量方法二、倾斜仪测量方法,2.3 地面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,假设两容器中：液体的密度分别为1、2液面所受压强分别为p1、p2液面至假定

40、高程基准面的高程为H1、H2重力加速度为g,根据贝努利方程:,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,（一）基本原理,如图所示，A、B两点的高差：,容器顶部为读数零点，制造过程中可能存在误差，可以采用互换容器两次测量的方法，求出仪器常数加以改正。由于该方法容器均固定安置，重复观测求其差值，一般不需要改正。,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,（一）基本原理,三、液体静力水准测量,（一）基本原理（二）仪器的结构与读数,各种液体静力水准仪在原理上无本质区别，区别仅仅在于测取液面高度的方法不同。各种不同的方法又对液体静力水准的使用范围、观测精度以及工作效率起着非常重要的作用。,2.3 地

41、面倾斜测量,第2章 垂直位移与水平位移观测,（二）仪器的结构与读数,1目视法 采用容器壁上分划线的读数，直接目视读取液面的位置。该法由于刻划误差以及人眼分辨率的限制，很难达到较高的精度，一般为1mm。结构简单，使用方便。,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,2目视接触法 利用转动测微器（测微圆环），带动触针（水位指针）上下移动。根据光学折射原理，在液体表面上下方，可同时观测到触针的实象和虚象。移动触针并观测液体表面，当触针尖端的两象正好接触时，说明此时触针尖端正好与液体表面接触，由目视测定，而液面位置读数则由测微器读出。该法具有较高的精度，其最小读数可达0.01mm。,（二）仪器的结构

42、与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,2目视接触法,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,1目视法2目视接触法 以上两种方法有着共同的缺点：存在人的读数误差，不能进行远距离测量，逐点观测工作量繁重且效率低。最大的缺点是不能实现观测自动化，不能进行连续观测。这就失去了液体静力水准测量的一大特点，也限制了仪器的使用范围。,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,3传感器法 利用液面上的浮体与位移传感器相连，当液面高度变化时，使得浮体升降，引起传感器电量发生变化，从而完成非电量（液体升降值）向电量转换的过程。,输出的电讯号可以直

43、接数字显示或模拟记录，也可以输入计算机处理，绘出连续的位移曲线图。观测液面变化的精度可达0.010.1mm,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,4光电接触法 采用控制电路装置带动触针上下移动，当针尖与液面（此时液体必须是导电液）接触的瞬间，电路自动记录信号，经处理后可计算出液面的位置，精度可达0.02mm。,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,4光电接触法 如果把触针制成圆柱形带有光源的光导体，当光导体接触液面时，光线从全反射变为部分透射，与液面下方的光电接收器配合使用就形成了光电测定法，能够实现观测、记录自动化。但导电液容易腐蚀

44、触针，影响测量精度。,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,上述四种方法均有其优缺点，应用条件不同可选择不同的静力水准测量系统。目前，国外自动遥控静力水准系统，测量液面的中误差达0.02mm；一点的测量时间为30s；若对12个点连测一次，一个观测员仅需2025分钟。国产仪器的资料表明，在总共20个测点中，任意两点间高差观测中误差小于0.07mm。从使用情况可以看出，高精度、多功能、自动化的连续观测系统必将成为液体静力水准测量的发展趋势。,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,（二）仪器的结构与读数,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾

45、斜测量,（三）误差来源,液体静力水准测量系统的误差来自多个方面。必须在一定的条件下，采取一定的措施予以消除或减弱。1观测误差 有读数、目视、接触判断误差等 2仪器误差 仪器的零点误差 仪器安置误差 观测头倾斜误差 量测设备的误差 观测系统联结部件温度变形误差 液体流失造成的误差,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,3外界条件的影响 在整个液体静力水准系统中，测量有效值必须在液面静止或变化均匀的情况下取得。但在实际工作中，外界的振动及气象等因素的变化，往往使得这一条件难以满足，给测量结果带来误差。外界振动的影响 温度的影响 气压的影响 液体蒸发的影响 液体污染的影响,（三）误差来源,三、

46、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,（四）具体应用,1液体的选用 在液体静力水准系统中，可使用的液体包括：水、汞（水银）、酒精和油等，各有优缺点。2应用场合 大型水电枢纽的沉降位移观测（廊道内）；现代大型实验设备的安装、调试和监测；高速轨道和大型平面的抄平；地震预报及地质构造和固体潮的测定；辐射、污染地区和场所的自动遥测等。,三、液体静力水准测量,2.3 地面倾斜测量,1测量标志按其性质和用途分别分为哪几种？2什么叫变形点？有哪些结构要求？3什么叫工作基点？平高点？4什么叫基准点？基准点的结构和埋置分别有哪些要求？5高程基准点为何采用双金属标志？试用公式推导说明双金 属标志的原理。6垂直位

47、移观测的主要内容和测量方法有哪些？7简述沉降观测点布置的基本要求与具体方法。8什么是沉降水准测量？沉降观测有哪几种方法？9沉降水准测量的精度等级是如何确定的？10沉降水准测量的主要误差来源？测站中误差如何确定？,本章重点内容与思考题,第2章 垂直位移与水平位移观测,11水准线路的环线闭合差及限差如何确定？12观测点高程的中误差如何计算（加权）？13什么是水准线路的最弱点？最弱点的沉降量及其精度是如 何计算的？14沉降水准测量实施有哪些要求和注意事项？其观测周期如 何确定？15为什么要进行地基分成层沉降观测？16三角高程测量的基本原理？有哪些误差？如何消除或减小 误差的影响？17倾斜测量的概念？地面倾斜测量主要有哪几种方法？18倾斜测量仪如何分类？主要有哪几种？19液体静力水准测量的基本原理？其读数方法有哪几种？20液体静力水准测量主要误差来源？适用场合？,本章重点内容与思考题,谢谢！,