水平位移監(jiān)測

第3章水平位移監(jiān)測概述交會法觀測精密導(dǎo)線測量全站儀觀測視準(zhǔn)線測量引張線測量垂線測量第3章水平位移監(jiān)測第3章水平位移監(jiān)測3.1概述3.1概述-基本原理建筑物的水平位移是指建筑物的整體平面移動。產(chǎn)生水平位移原因:建筑物及其基礎(chǔ)受到水平應(yīng)力的影響而產(chǎn)生的地基的水平移動。設(shè)某點(diǎn)第k次觀測周期水平位移為δ：X0、Y0為原始坐標(biāo)Xk、Yk為第k次觀測周期坐標(biāo)3.1概述-基本原理第k周期至第l周期時間段（時間長度為t）變形的平均變形速度：δk為第k周期的位移量δl為第l周期的位移量3.1概述-測點(diǎn)布設(shè)建筑物水平位移監(jiān)測測點(diǎn)宜按兩個層次布設(shè)：基準(zhǔn)網(wǎng)（由控制點(diǎn)組成控制網(wǎng)）監(jiān)測網(wǎng)（由觀測點(diǎn)及所聯(lián)測的控制點(diǎn)組成擴(kuò)展網(wǎng)）對于單個建筑物上部或構(gòu)件的位移監(jiān)測，可將控制點(diǎn)連同觀測點(diǎn)按單一層次布設(shè)。3.1概述-測點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)網(wǎng)（控制網(wǎng)）:測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)等監(jiān)測網(wǎng)（擴(kuò)展網(wǎng)和單一層次布網(wǎng)）:角度交會、邊長交會、邊角交會、基準(zhǔn)線和附合導(dǎo)線等形式?；鶞?zhǔn)點(diǎn)不少于3個，工作基點(diǎn)亦不少于2個?；鶞?zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)形，按規(guī)范規(guī)定的精度定期檢測?；鶞?zhǔn)點(diǎn)（控制點(diǎn)）穩(wěn)定可靠、長期保存。3.1概述-控制點(diǎn)的型式及埋設(shè)要求基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基準(zhǔn)點(diǎn)，一般應(yīng)建造觀測墩，配備強(qiáng)制對中裝置。強(qiáng)制對中裝置

觀測墩澆筑觀測墩形式控制網(wǎng)3.1概述-控制點(diǎn)的型式及埋設(shè)要求固定式照準(zhǔn)牌3.1概述-常用觀測方法大地測量法（傳統(tǒng)方法）：三角網(wǎng)法、精密導(dǎo)線法、交會法等?；鶞?zhǔn)線法（常用方法）：視準(zhǔn)線法、引張線法、激光準(zhǔn)直法和垂線法等。專用測量法：多點(diǎn)位移計、光纖等。GPS測量法：靜態(tài)法、動態(tài)法。第3章水平位移監(jiān)測3.2交會法觀測3.2交會法觀測-基本原理交會法是利用2個或3個已知坐標(biāo)的工作基點(diǎn)，測定位移標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)變化。交會方法：測角交會、測邊交會、后方交會。3.2交會法觀測-測角交會法交會角最好接近90°，要求在60°-120°之間。測站到測點(diǎn)距離，一般不宜大于300m，當(dāng)采用三方向交會時，可適當(dāng)放寬要求。測角交會誤差橢圓3.2交會法觀測-測邊交會法3.2交會法觀測-基本原理交會工作注意問題儀器設(shè)站點(diǎn)為坐標(biāo)已知的基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)定期與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，校核其是否發(fā)生變動。測站到位移監(jiān)測點(diǎn)的邊長不能相差太大，應(yīng)大致相等，且與監(jiān)測點(diǎn)大致同高。交會邊的視線應(yīng)離地面或障礙物在1.2m以上，并應(yīng)盡量避免視線貼近水面。邊長交會法時，還應(yīng)避免周圍強(qiáng)磁場的干擾影響。3.2交會法觀測-邊角交會法SbSaBAp3.2交會法觀測-后方交會法在實際測量過程中，還應(yīng)注意工作基點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)不能在同一個圓周上（危險圓），應(yīng)至少離開危險圓周半徑的20%。第3章水平位移監(jiān)測3.3精密導(dǎo)線測量

3.3精密導(dǎo)線測量精密導(dǎo)線法是監(jiān)測曲線形建筑物（如拱壩等）水平位移的重要方法。按照其觀測原理的不同，又可分為精密邊角導(dǎo)線法和精密弦矢導(dǎo)線法。3.3精密導(dǎo)線測量-邊角導(dǎo)線角度測量采用0.5秒或1秒級經(jīng)緯儀；邊長測量采用特制銦鋼尺或1mm+1ppm光電測距儀。導(dǎo)線在洞室和廊道中觀測時，應(yīng)封閉通風(fēng)口以保持空氣平穩(wěn)，觀測的照明設(shè)備應(yīng)采用冷光照明，以減少折光誤差。邊角導(dǎo)線測量第3章水平位移監(jiān)測3.4全站儀觀測3.4全站儀觀測3.4全站儀觀測LeicaTCA2003全站儀3.4全站儀觀測測量機(jī)器人變形監(jiān)測系統(tǒng)3.4全站儀觀測數(shù)據(jù)處理差分處理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3.4全站儀觀測數(shù)據(jù)處理-差分處理差分原理：條件1：測站點(diǎn)、工作基點(diǎn)穩(wěn)定；或當(dāng)前坐標(biāo)已知；條件2：周期測量時同時測量基準(zhǔn)點(diǎn)和變形測點(diǎn)；條件3：基準(zhǔn)點(diǎn)和變形測點(diǎn)處氣象條件一致；方法：基準(zhǔn)點(diǎn)觀測值變化，按一定規(guī)律改正變形點(diǎn)觀測值。距離差分、球氣差差分、基準(zhǔn)方位角差分3.4全站儀觀測-距離的差分改正經(jīng)氣象差分改正后的真實斜距為：實際測量工作中，應(yīng)取2個以上基點(diǎn)測定的距離氣象改正比例系數(shù)的中數(shù)3.4全站儀觀測-球氣差的改正某時刻測得監(jiān)測站與工作基點(diǎn)間的三角高差為：根據(jù)下式可求出球氣差改正系數(shù)c：變形點(diǎn)與監(jiān)測站之間經(jīng)球氣差改正的三角高差：3.4全站儀觀測-方位角的差分改正儀器水平度盤零方向變化或水平折光把工作基點(diǎn)第一次測量的方位角作為基準(zhǔn)方位角，其它周期對工作基點(diǎn)測量的方位角與基準(zhǔn)方位角相比，求差異：

在變形點(diǎn)每周期的方位角測量值中，實時加入由同期基準(zhǔn)點(diǎn)求得的改正值，可準(zhǔn)確求得變形點(diǎn)的方位角3.5視準(zhǔn)線測量第3章水平位移監(jiān)測視準(zhǔn)線觀測原理及觀測點(diǎn)的布設(shè)3.5視準(zhǔn)線測量3.5視準(zhǔn)線測量視準(zhǔn)線法是基準(zhǔn)線法測量的方法之一經(jīng)緯儀或視準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸構(gòu)成基準(zhǔn)線。為保證基準(zhǔn)線的穩(wěn)定，必須在視準(zhǔn)線的兩端設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)。視準(zhǔn)線三級或二級布點(diǎn)：基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測點(diǎn)。各觀測點(diǎn)基本位于視準(zhǔn)基面上。視線離障礙物需有一定距離，減弱旁折光。視準(zhǔn)線法設(shè)備普通，操作簡便，費(fèi)用少，應(yīng)用廣泛。影響因素多：照準(zhǔn)精度、大氣折光等，操作不當(dāng)時，誤差不容易控制，精度會受到明顯的影響。3.5視準(zhǔn)線測量3.5視準(zhǔn)線測量活動覘牌3.5視準(zhǔn)線測量小角法測量3.5視準(zhǔn)線測量若在待測點(diǎn)i上觀測，則：這種布置形式對提高測定偏離值的精度更為有利。第3章水平位移監(jiān)測3.6引張線測量3.6引張線測量所謂引張線，在兩工作基點(diǎn)間拉緊一根不銹鋼絲而建立的一條基準(zhǔn)線。引張線法是精密基準(zhǔn)線測量的主要方法之一，廣泛應(yīng)用于各種工程測量。前蘇聯(lián)較早，20世紀(jì)60年代該方法引入國內(nèi)，其設(shè)備簡單，測量方便，速度快，精度高，成本低，在我國大壩安全監(jiān)測廣泛應(yīng)用。3.6引張線測量早期人工測讀?，F(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)光電跟蹤式引張線儀、電容感應(yīng)式引張線儀、CCD式引張線儀，以及電磁感應(yīng)式引張線儀等。3.6引張線測量-有浮托引張線

主要包括端點(diǎn)裝置、測點(diǎn)裝置、測線及其保護(hù)管。端點(diǎn)裝置可采用一端固定、一端加力的方式，也可采用兩端加力的方式。引張線長度200m~600m時，采用40kg~80kg的重錘張拉。1——滑輪；2——線錘連接裝置；3——重錘；4——混凝土墩座；5——測線；6——夾線裝置；7——鋼筋支架；8——保護(hù)管3.6引張線測量引張線法原理示意圖引張線法原理示意圖柔性弦線（銦鋼絲）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)該是一條直線，利用此直線作為基準(zhǔn)線可以測定附近測點(diǎn)的橫向偏移值，這種方法稱為引張線法。3.6引張線測量-有浮托引張線

有浮脫引張線的測點(diǎn)裝置包括水箱、浮船、讀數(shù)尺、底盤和測點(diǎn)保護(hù)箱。測點(diǎn)裝置端點(diǎn)測點(diǎn)3.6引張線測量-有浮托引張線

測線一般采用0.8～1.2mm的不銹鋼絲，要求表面光滑，粗細(xì)均勻，抗拉強(qiáng)度大。為了防風(fēng)及保護(hù)測線，通常用把測線套在保護(hù)管內(nèi)。保護(hù)管的管徑應(yīng)大于位移量的2~3倍，并在管中呈自由狀態(tài)，以前主要用鋼管，現(xiàn)在大多用PVC管。保護(hù)管安裝時，宜使測線位于保護(hù)管中心，至少須保證測線在管內(nèi)有足夠的活動范圍，保護(hù)管和測點(diǎn)保護(hù)箱應(yīng)封閉防風(fēng)。3.6引張線測量-有浮托引張線

檢查整條引張線各處有無障礙，設(shè)備是否完好；在兩端點(diǎn)處同時小心地懸掛重錘，張緊鋼絲，利用夾線裝置將鋼絲夾緊，使引張線在端點(diǎn)處固定；對每個水箱加水，使鋼絲離開不銹鋼標(biāo)尺面0.3mm～0.5mm，同時檢查各觀測箱，不使水箱邊緣或讀數(shù)標(biāo)尺接觸鋼絲，浮船應(yīng)處于自由浮動狀態(tài)；采用讀數(shù)顯微鏡觀測時，先用目視讀取標(biāo)尺上的讀數(shù)，然后用顯微鏡讀取毫米以下的小數(shù)。3.6引張線測量-有浮托引張線

設(shè)引張線第i個監(jiān)測點(diǎn)的首次的讀數(shù)為L0，本次觀測的讀數(shù)為L，若不考慮端點(diǎn)的位移，則觀測點(diǎn)的位移值為：端點(diǎn)位移改正3.6引張線測量-有浮托引張線

隨著大壩安全監(jiān)測自動化程度的不斷提高，引張線觀測技術(shù)也由人工觀測向自動化觀測的方向發(fā)展。在實現(xiàn)引張線自動觀測時，目前大多數(shù)情況是在浮托引張線法的基礎(chǔ)上增加自動測讀設(shè)備，形成引張線自動觀測系統(tǒng)。3.6引張線測量-無浮托引張線

無浮托引張線3.6引張線測量-無浮托引張線

觀測設(shè)備無浮托引張線其觀測原理與有浮托的基本相同，但它的設(shè)備較為簡單。引張線的一端固定在端點(diǎn)上，另一端通過滑輪懸掛一重錘將引張線拉直，取消了各測點(diǎn)的水箱和浮船等裝置，在各測點(diǎn)上只安裝讀數(shù)尺和安裝引張線儀的底板，用以測定讀數(shù)尺或引張線儀相對于引張線的讀數(shù)變化，從而算出測點(diǎn)的位移值。3.6引張線測量-無浮托引張線

觀測方法無浮托引張線的觀測方法與有浮托的基本相同，既可用顯微鏡在各測點(diǎn)的讀數(shù)尺上讀數(shù)，亦可在各測點(diǎn)上安裝光電引張線儀進(jìn)行遙測。由于它不需到現(xiàn)場調(diào)節(jié)各測點(diǎn)的水位，測點(diǎn)的障礙物也較少，不僅節(jié)約大量時間，且其穩(wěn)定性和可靠性都高于有浮托的引張線，可以實現(xiàn)引張線觀測的全自動化。3.6引張線測量第3章水平位移監(jiān)測3.7垂線測量3.7垂線測量垂線有兩種形式：正垂線和倒垂線。3.7垂線測量正垂線一般用于建筑物各高程面處的水平位移監(jiān)測、撓度觀測和傾斜測量等。倒垂線大多用于巖層錯動監(jiān)測、撓度監(jiān)測，或用作水平位移的基準(zhǔn)點(diǎn)。3.7垂線測量-正垂線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正垂線裝置部件：懸線設(shè)備、固定線夾、活動線夾、觀測墩、垂線、重錘及油箱等。3.7垂線測量-正垂線觀測方法同一垂線，不同高程位置上安置垂線觀測儀，測定各觀測點(diǎn)與此垂線的相對位移值。多點(diǎn)觀測法可在每個測點(diǎn)上設(shè)置坐標(biāo)儀，有利于監(jiān)測的自動化，但相應(yīng)的系統(tǒng)造價也提高了。3.7垂線測量-倒垂線系統(tǒng)構(gòu)造