(19)《工程測量學(xué)》第10章 垂直位移與水平位移觀測(II)

測繪科學(xué)與工程學(xué)院第10章垂直位移與水平位移觀測II工程測量學(xué)多媒體課件分節(jié)目錄10.2垂直位移觀測10.3地面傾斜觀測10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志10.1垂直位移監(jiān)測網(wǎng)(點)布設(shè)及觀測標(biāo)志10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移10.5水平位移測量技術(shù)概述10.7激光準(zhǔn)直測量10.8引張線法測量水平位移10.9建(構(gòu))筑物主體傾斜和撓度測量10.10裂縫測量10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志一、水平位移測量控制網(wǎng)二、強制對中裝置三、平面標(biāo)志體四、平面點照準(zhǔn)標(biāo)志10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志一、水平位移測量控制網(wǎng)為了測定建筑物或場地的水平位移，需在變形特征處設(shè)置一些點，稱為水平位移觀測點，或目標(biāo)點。為了測取觀測點的水平位移量，需要有穩(wěn)定的點作參考，這樣的參考點稱為基準(zhǔn)點。有時，為了方便觀測，在離觀測點較近的地方設(shè)置比較穩(wěn)定的點，稱為工作基點，在工作基點上直接對觀測點進行觀測。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志一、水平位移測量控制網(wǎng)由基準(zhǔn)點形成的測量網(wǎng)稱為基準(zhǔn)網(wǎng)。基準(zhǔn)網(wǎng)也需要定期重復(fù)觀測，其目的是檢查基準(zhǔn)網(wǎng)點的穩(wěn)定性。條件許可時，所有觀測點也形成測量網(wǎng)，可稱為變形網(wǎng)。當(dāng)變形網(wǎng)不與基準(zhǔn)點聯(lián)測時，稱為相對網(wǎng)；當(dāng)與基準(zhǔn)點聯(lián)系時，可稱為絕對網(wǎng)。

基準(zhǔn)點、聯(lián)測點、工作基點或觀測點構(gòu)成的網(wǎng)稱為擴展網(wǎng)。工作基點的位移量由此網(wǎng)獲得，然后修正觀測點位移值。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置除垂球?qū)χ?、光學(xué)對中外，強制對中是一種更精密的對中方法。強制對中裝置實際上是一些機械接插件，其中一部分固定在標(biāo)志頂部，其對稱中心即作為平面標(biāo)志的中心，另一部分（可能就是儀器的部件）與經(jīng)緯儀或其它測量儀具連接，通過接插件使儀器的旋轉(zhuǎn)中心精確地安置在平面標(biāo)志的中心上。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置標(biāo)志體一般用混凝土或磚石砌成墩子形狀，也可以用鋼材制成。這時的標(biāo)志體常稱為觀測墩。對中裝置安置在觀測墩頂上，其上表面應(yīng)水平。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置——常規(guī)強制對中裝置10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置——常規(guī)強制對中裝置10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置——通用強制對中裝置轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)接盤預(yù)埋件轉(zhuǎn)接桿10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志二、強制對中裝置——通用強制對中裝置10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志三、平面標(biāo)志體（一）觀測墩在基巖較淺或土體穩(wěn)定的地方，常用鋼筋混凝土建造的觀測墩作為平面控制點標(biāo)志。巖層點土層點10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志三、平面標(biāo)志體（二）倒錘倒錘是一種埋設(shè)較深、穩(wěn)定性很好的平面標(biāo)志。機械式倒錘10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志三、平面標(biāo)志體（三）光線傳遞式標(biāo)志光線傳遞式標(biāo)志是將固定在底層的中心點利用光線投射到標(biāo)志頂面上來，即利用光線代替倒錘線。玻璃片上的十字絲代表平面標(biāo)志的中心，與混凝土結(jié)合在一起埋在溫度變化不大的巖層中，十字絲下安置一燈泡，為更換燈泡，在標(biāo)志旁設(shè)有進人孔。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志四、平面點照準(zhǔn)標(biāo)志對平面點照準(zhǔn)標(biāo)志的基本要求是易于對中和瞄準(zhǔn)，另外還應(yīng)該制作簡單、使用方便。10.4水平位移觀測網(wǎng)及觀測標(biāo)志四、平面點照準(zhǔn)標(biāo)志

立體目標(biāo)可以供任何方向的測站進行瞄準(zhǔn)。但在陽光照射下會產(chǎn)生部分明亮、部分陰暗而造成瞄準(zhǔn)的相位差，克服的辦法是設(shè)置折光板。10.5水平位移測量技術(shù)概述常規(guī)的大地測量方法精密高程測量、精密距離測量、角度測量、重力測量專門測量手段和技術(shù)液體靜力水準(zhǔn)測量、準(zhǔn)直測量、應(yīng)變測量、傾斜測量空間測量技術(shù)

GPS測量、合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)技術(shù)攝影測量和激光掃瞄技術(shù)

攝影測量方法、激光掃瞄技術(shù)10.5水平位移測量技術(shù)概述一、地面監(jiān)測方法地面監(jiān)測方法主要指用高精度測量儀器（如經(jīng)緯儀、測距儀、全站儀等）測量角度、邊長的變化來測定水平位移，是目前變形測量的主要手段。常用的地面監(jiān)測方法主要有：兩方向（或三方向等）前方交會法、雙邊距離交會法、極坐標(biāo)法、自由設(shè)站法、視準(zhǔn)線法、小角法、測距法、三角網(wǎng)法、導(dǎo)線法、邊角網(wǎng)法等等。10.5水平位移測量技術(shù)概述一、地面監(jiān)測方法地面監(jiān)測方法的優(yōu)點為：①能夠提供監(jiān)測對象的變形狀態(tài)，監(jiān)控面積大，可以有效地監(jiān)測確定監(jiān)測對象的變形范圍和絕對位移量；②觀測量通過組成網(wǎng)的形式可以進行測量結(jié)果的校核和精度評定；③靈活性大，能適用于不同的精度要求、不同形式的監(jiān)測對象和不同的外界條件。10.5水平位移測量技術(shù)概述一、地面監(jiān)測方法在地面監(jiān)測自動化系統(tǒng)中，測量機器人正逐漸成為首選儀器。它實際上是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辯識和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀。10.5水平位移測量技術(shù)概述一、地面監(jiān)測方法（一）固定式全自動持續(xù)監(jiān)測固定式全自動持續(xù)監(jiān)測方式是基于一臺測量機器人的有合作目標(biāo)的變形測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天候無人值守監(jiān)測。10.5水平位移測量技術(shù)概述一、地面監(jiān)測方法（二）移動式半自動變形監(jiān)測移動式半自動變形監(jiān)測系統(tǒng)的作業(yè)與傳統(tǒng)的觀測方法一樣，在各觀測墩上安置整平儀器，輸入測站點號，進行必要的測站設(shè)置，后視之后，測量機器人會按照預(yù)置在機內(nèi)的觀測點順序、測回數(shù)，全自動地尋找目標(biāo)，精確照準(zhǔn)目標(biāo)，記錄觀測數(shù)據(jù)，計算各種限差，作超限重測或等待人工干預(yù)等。完成一個測點的工作之后，人工將儀器搬到下一個施測的點上，重復(fù)上述的工作，直至所有外業(yè)工作完成10.5水平位移測量技術(shù)概述二、專用測量方法水平位移測量的專用方法包括應(yīng)變測量和基準(zhǔn)線測量和常規(guī)的地面監(jiān)測方法相比，他們具有下列特點：①測量過程簡單；②容易實現(xiàn)自動化觀測和連續(xù)觀測；③提供的是局部變形信息。10.5水平位移測量技術(shù)概述二、專用測量方法（一）應(yīng)變測量

應(yīng)變測量根據(jù)其工作原理可以分成兩類：①通過測量兩點間距離的變化來計算應(yīng)變；②直接用傳感器測量應(yīng)變。通過精密測量距離變化來計算應(yīng)變的方法有機械法和激光干涉法兩種。機械法用銦鋼絲、石英棒等作為長度標(biāo)準(zhǔn)，長度的變化用機械-電子傳感器測量。精度一般為幾十微米。激光干涉法可以測到幾百米，甚至幾千米，測量精度在10-7以上，真空中可達4×10-10。10.5水平位移測量技術(shù)概述二、專用測量方法（一）應(yīng)變測量

應(yīng)變測量根據(jù)其工作原理可以分成兩類：①通過測量兩點間距離的變化來計算應(yīng)變；②直接用傳感器測量應(yīng)變。所采用的應(yīng)變傳感器實質(zhì)上是一個導(dǎo)體（金屬或很窄的箔條），埋設(shè)在變形體中，由于變形體的應(yīng)變使導(dǎo)體伸長或縮短，從而改變了導(dǎo)體的電阻。通過測量電阻值的變化就可以計算應(yīng)變。10.5水平位移測量技術(shù)概述二、專用測量方法（二）基準(zhǔn)線測量

基準(zhǔn)線法的原理是通過建筑物軸線（例如大壩、橋梁軸線）或平行于建筑物軸線的固定不動的鉛直平面為基準(zhǔn)面，根據(jù)它來測定建筑物的水平位移?；鶞?zhǔn)線法視準(zhǔn)線法激光準(zhǔn)直法引張線法活動覘牌法小角法10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移一、活動覘牌法活動覘牌法是通過一種精密的附有讀數(shù)設(shè)備的活動覘牌直接測定觀測點相對于基準(zhǔn)面的偏離值。它需要專用的儀器和照準(zhǔn)設(shè)備：精密視準(zhǔn)儀或精密經(jīng)緯儀活動覘牌覘牌上有分劃尺，最小分劃值為1mm，用游標(biāo)尺可直接讀到0.1mm～0.01mm。10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移一、活動覘牌法視準(zhǔn)儀安置在基準(zhǔn)線端點A，端點B安置固定覘牌用視準(zhǔn)儀瞄準(zhǔn)B點的固定覘牌，將視線固定活動覘牌安置于觀測點C，移動活動覘牌使照準(zhǔn)標(biāo)志與視準(zhǔn)儀的十字絲重合，在分劃尺與游標(biāo)上讀數(shù)然后移動覘牌從相反方向再重新對準(zhǔn)視線并讀數(shù)。10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移一、活動覘牌法共觀測2～4測回，每測回開始和結(jié)束都要重新瞄準(zhǔn)B點，檢查儀器及目標(biāo)有無變動。然后將儀器遷到B點，固定覘牌放到A點，同法測量2～4測回。最后，往返測依距離進行加權(quán)平均。/bencandy.php?fid=3&id=2089/new/zpzs/wbjc/200902/88.html10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移二、小角法小角法是利用精密經(jīng)緯儀精確地測出基準(zhǔn)線方向與測站點到觀測點的視線方向之間所夾的小角，從而計算觀測點相對于基準(zhǔn)線的偏離值?；鶞?zhǔn)線觀測點投影2個觀測量偏離值10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移二、小角法測距誤差影響可忽略不計如果要求且設(shè)偏離值Δi=40mm，則有當(dāng)Δi=100mm時，距離測量精度也僅要求距離測量誤差影響?？珊雎?。10.6視準(zhǔn)線法測量水平位移二、小角法小角法測量偏離值的誤差公式寫成：①上式既可用于誤差分析，也可用于方案設(shè)計，即給定的前提條件下，求小角觀測精度②小角法用于生產(chǎn)時，理應(yīng)在基準(zhǔn)線的兩個端點分別設(shè)站進行觀測，然后做加權(quán)平均。10.7激光準(zhǔn)直測量一、氦氖激光器激光器的種類很多，在測量實踐中用得最多的是氦氖激光器。/apollo/show_product1.php?id=3137982&uid=spltech10.7激光準(zhǔn)直測量二、波帶板激光準(zhǔn)直測量

（一）光的相干性光具有波動性，如機械波那樣，當(dāng)兩列光波頻率相同、方向相同、相位相同或相位差恒定時，這兩列光波將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。/view-307274.html/album/40806/4080610.7激光準(zhǔn)直測量二、波帶板激光準(zhǔn)直測量

（二）波帶板準(zhǔn)直測量的設(shè)備①He-Ne激光器，用于發(fā)射激光。②波帶板。通過其不同透光孔的光波會產(chǎn)生干涉。有圓形和方形兩種，圓形波帶板聚焦呈一亮點，方形波帶板聚焦呈一個明亮的十字線。③激光探測器，用于自動探測光點的中心。10.7激光準(zhǔn)直測量二、波帶板激光準(zhǔn)直測量

（三）測量原理①在基準(zhǔn)點A安置激光器；②在基準(zhǔn)點B安置探測器；③在待測點i安置一波帶板。當(dāng)激光照滿波帶板時，在B點探測器上測得Δi，從而/s/blog_648868460100l3xy.html10.7激光準(zhǔn)直測量二、波帶板激光準(zhǔn)直測量

（三）測量原理當(dāng)S、K與A、B不重合時，10.7激光準(zhǔn)直測量二、波帶板激光準(zhǔn)直測量

（四）精度

利用波帶板可以把幾百米以外的點光源經(jīng)聚焦后形成直徑約1mm的點，因此即使在接收屏上用肉眼判斷其中心位置，精度也很高。實驗表明用這種裝置準(zhǔn)直，測定偏離值的精度可達測線長的10-6。如果將高精度激光準(zhǔn)直系統(tǒng)安裝在真空管道內(nèi)，準(zhǔn)直精度可達10-7。10.8引張線法測量水平位移

柔性弦線兩端加以水平拉力引張后自由懸掛，則它在豎直面內(nèi)呈懸鏈線形狀，它在水平面上的投影應(yīng)是一條直線，利用此直線作為基準(zhǔn)線可以測定附近測點的橫向偏移值，這種方法稱為引張線法。/baike/2014/0314/13320.html一般用來測定建筑物的橫向水平位移，較多用于大壩變形監(jiān)測，布置大壩壩頂和基礎(chǔ)廊道內(nèi)，分別監(jiān)測壩頂水平位移和壩基水平位移。10.8引張線法測量水平位移引張線的裝置的組成：端點測點測線（不銹鋼絲）測線保護管/10th/yingxiang/ydrdyt/201108/77021.html10.8引張線法測量水平位移一、端點/dam/tu/2012/0430/8093.html/dam/tu/2012/0430/8093_4.html10.8引張線法測量水平位移一、端點固定不銹鋼絲位置嵌鑲銅質(zhì)類的較軟金屬10.8引張線法測量水平位移二、測點由浮托裝置、標(biāo)尺、保護箱組成支承鋼絲

標(biāo)尺固定在槽鋼面上，槽鋼埋入大壩廊道內(nèi)，并與之牢固結(jié)合。

保護箱用于保護觀測點裝置，同時也可以防風(fēng)，以提高觀測精度。10.8引張線法測量水平位移二、測點/dam/tu/2012/0430/8093_3.html/dam/tu/2010/1114/5695.html10.8引張線法測量水平位移三、測線及其保護管測線一般采用直徑為0.6～1.2mm的不銹鋼（碳素鋼絲），在兩端重錘作用下引張為一直線。

保護管保護測線不受損壞，同時起防風(fēng)作用。保護管可用直徑大于10cm的塑料管，以保證測線在管內(nèi)有足夠的活動空間。/dam/tu/2012/0430/8093_4.html10.8引張線法測量水平位移三、測線及其保護管

讀數(shù)顯微鏡法——利用刻有測微分劃線的讀數(shù)顯微鏡進行的，測微分劃線最小刻劃為0.1mm，可估讀到0.01mm。標(biāo)尺整分劃值+10.8引張線法測量水平位移三、測線及其保護管

根據(jù)生產(chǎn)單位對引張線大量觀測資料進行統(tǒng)計分析的結(jié)果，計算得一次觀測（三測回觀測平均值）的中誤差為±0.03mm。目前，引張線法測量水壩廊道橫線位移已實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)獲取和傳輸，在水壩變形測量中發(fā)揮著重要作用。/?p=110&a=view&r=115BGK6860型CCD引張線儀10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量建（構(gòu)）筑物主體傾斜測量的任務(wù)是測定建筑物頂部相對于底部或各層間上層相對于下層的水平位移與高差，分別計算整體或分層的傾斜度、傾斜方向以及傾斜速度。各層間的傾斜差異即建筑物的撓度。10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量

觀測精度：根據(jù)給定的傾斜允許值確定。

觀測周期：可視傾斜速度每1～3個月觀測一次，如遇基礎(chǔ)附近因大量堆載或卸載、場地降雨長期積水等而導(dǎo)致傾斜速度加快時，需及時增加觀測次數(shù)。觀測方法：一、經(jīng)緯儀觀測法二、垂準(zhǔn)法三、相對沉陷法四、攝影測量法傾斜儀測記法測定基礎(chǔ)沉陷差法吊垂球法激光鉛直儀觀測法正、倒錘線法10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量一、經(jīng)緯儀觀測法

原理：用經(jīng)緯儀測量建筑物頂部點與底部點在水平面上的偏移，將該偏移值除以頂部點與底部點的高差即得建筑物的傾斜。用經(jīng)緯儀進行實際傾斜測量時，在測站可能照準(zhǔn)的不是C、D點本身，而是它們的替代，甚至是建筑物邊緣切線的平均。該法在實際應(yīng)用時，視具體條件有很多變化。10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量一、經(jīng)緯儀觀測法水平偏移分量總的水平偏移分量傾斜方向由θ確定傾斜值10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量一、經(jīng)緯儀觀測法可忽略令測角精度相同，即10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量一、經(jīng)緯儀觀測法——工程應(yīng)用：礦井井架傾斜監(jiān)測10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量一、經(jīng)緯儀觀測法——工程應(yīng)用：石柱傾斜監(jiān)測10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量二、垂準(zhǔn)法

當(dāng)建筑物或構(gòu)件的頂部與底部之間可豎向通視時，可用垂準(zhǔn)法進行傾斜測量。（一）吊垂球法（二）激光鉛直儀觀測法（三）正、倒錘線法10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量二、垂準(zhǔn)法（一）吊垂球法在建筑物頂部或需要的高度處觀測點位置上，直接或支出一點懸掛適當(dāng)重量的垂球，在垂線下的底部固定讀數(shù)設(shè)備（如毫米格網(wǎng)讀數(shù)板），直接讀取或量出上部觀測點相對于底部觀測點的水平位移量和位移方向。10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量二、垂準(zhǔn)法（二）激光鉛直儀觀測法在建筑物頂部適當(dāng)位置安置接受靶，在其垂線下的地面或地板上安置激光鉛直儀或激光經(jīng)緯儀，按一定周期觀測，在接收靶上直接讀取或量出頂部的水平位移量和位移方向。10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量二、垂準(zhǔn)法（三）正、倒錘線法正倒垂線系統(tǒng)在大壩變形監(jiān)測中應(yīng)用較為成熟，一般布置在混凝土壩中。/baike/2014/0314/13322.html10.9建（構(gòu)）筑物主體傾斜和撓度測量二、垂準(zhǔn)法（三）正、倒錘線法垂線法的基準(zhǔn)線是一條一端固定的、鉛直張緊的、直徑為1.5mm~2mm的不銹鋼絲（垂線）。它一般安裝在豎井、豎管、空腔、鉆孔或預(yù)留孔中，通過測出沿垂線不同高程的測點相對于垂線固