建筑物的變形測量

建筑物的變形測量1第1頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

工程建筑物的裂縫觀測的內(nèi)容主要包括裂縫編號、裂縫的位置、走向、長度、寬度等，對于重要的裂縫要埋設(shè)觀測標(biāo)志，見下圖。在觀測裂縫時一般應(yīng)同時觀測建筑材料的溫度、氣溫、水溫、水位等因素。§10-6裂縫與位移觀測

小裂縫觀測：可用裂縫觀測儀觀測

大裂縫的觀測：

裂縫表面的寬度，可用鋼尺在縫口測量。對表面裂縫寬度的變化，宜采用在縫兩邊設(shè)簡易測點，測量測點的距離來確定。裂縫寬度應(yīng)精確到0.2mm。一、裂縫觀測2第2頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

裂縫寬度觀測

裂縫長度觀測3第3頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

二、水平位移觀測

水平位移觀測的平面位置是依據(jù)水平位移監(jiān)測網(wǎng)，或稱平面控制網(wǎng)。根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式、已有設(shè)備和具體條件，可采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)、三邊網(wǎng)和視準(zhǔn)線等形式。在采用視準(zhǔn)線時，為能發(fā)現(xiàn)端點是否產(chǎn)生位移，還應(yīng)在兩端分別建立檢核點。為了方便，水平位移監(jiān)測網(wǎng)通常都采用獨立坐標(biāo)系統(tǒng)。例如大壩、橋梁等往往以它的軸線方向作為x軸，而y坐標(biāo)的變化，即是它的側(cè)向位移。為使各控制點的精度一致，都采用一次布網(wǎng)。監(jiān)測網(wǎng)的精度，應(yīng)能滿足變形點觀測精度的要求。在設(shè)計監(jiān)測網(wǎng)時，要根據(jù)變形點的觀測精度，預(yù)估對監(jiān)測網(wǎng)的精度要求，并選擇適宜的觀測等級和方法。水平位移監(jiān)測網(wǎng)的等級和主要技術(shù)要求見表15—3。4第4頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

水平位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求按國家四等三角要求施測≤1/400002.5＜40012.0四等按國家四等三角要求施測≤1/400002.5＜200按國家三等三角要求施測≤1/700001.8＜3506.0三等按國家三等三角要求施測≤1/700001.8＜150按國家二等三角要求施測≤1/1200001.0＜3003.0二等按國家二等三角要求施測≤1/1200001.0＜150按國家一等三角要求施測≤1/2500000.7＜3001.5一等作業(yè)要求最弱邊相對中誤差測角中誤差(″)平均邊長(m)相鄰基準(zhǔn)點的點位中誤差(mm)等級5第5頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

基準(zhǔn)線法視準(zhǔn)線、引張線、激光準(zhǔn)直

——多用在直線型建（構(gòu)）筑物（如大壩、大橋）平面位移觀測。

前方交會法（直線、曲線均可）

導(dǎo)線法水平位移觀測常用方法：6第6頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三1、基準(zhǔn)線法1）經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法、激光視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)軸標(biāo)尺讀取尺上讀數(shù)大壩定期觀測各點，將每次的讀數(shù)與上一次比較即可得位移量。7第7頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三2）引張線法測水平位移以大壩為例觀測原理如圖所示，引張線法是在壩頂或廊道兩端的基巖上澆筑固定端點，在兩固定端點間拉緊一根不銹鋼絲作為基準(zhǔn)線，然后定期測量壩體上各位移標(biāo)點對此基準(zhǔn)線偏離值的變化情況從而計算水平位移量，若端點設(shè)于壩體上，則應(yīng)與倒垂線相連接，借以測定端點的位移量，進(jìn)一步推算位移標(biāo)點的位移量。8第8頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

觀測設(shè)備引張線設(shè)備主要由測線、端點裝置和位移觀測點組成。（1）測線。一般采用0.8一1.2mm的不銹鋼絲，為了防風(fēng)及保護(hù)測線，通常用塑料管或鐵管把測線套在管內(nèi)。（2）端點裝置。端點裝置由混凝土基座、夾線裝置、滑輪和重錘等組成。夾線裝置的作用是使測線始終處于同一位置，安置時使測線通過滑輪拉緊后，通過V形槽的夾線裝置。

9第9頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三觀測方法由于引張線是與兩端的固定端點相連接，其位置可認(rèn)為不變，而位移觀測點是埋在壩體上，隨壩體變形而位移，因此定期測定鋼絲在測點標(biāo)尺上的讀數(shù)變化，即可算出該點在垂直壩軸線方向的水平位移值。（3）位移觀測點。位移觀測點與浮托裝置結(jié)合在一起。在該處的壩體上埋有一只金屬箱，箱內(nèi)設(shè)有水箱，水上有支承鋼絲的浮托器，在垂直于鋼絲方向的槽鋼上，設(shè)有毫米分劃的標(biāo)尺用以讀數(shù)。10第10頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三引張線讀數(shù)

觀測鋼絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)的方法很多，現(xiàn)介紹讀數(shù)顯微鏡法。該法是利用由刻有測微分劃線的讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行的，測微分劃線最小刻劃為0.1mm，可估讀到0.01mm。由于通過顯微鏡后鋼絲與標(biāo)尺分劃線的像都變得很粗大，所以采用測微分劃線讀數(shù)時，應(yīng)采用讀兩個讀數(shù)取平均值的方法。

右圖b給出了觀測情況與讀數(shù)顯微鏡中的成像情形。鋼絲左邊緣讀數(shù)為a＝72.30mm，鋼絲右邊緣讀數(shù)為b＝73.40mm，故該觀測值結(jié)果為11第11頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三2）測小角法

觀測原理

測小角法是視準(zhǔn)線法測定水平位移的常用方法。測小角法是利用精密經(jīng)緯儀精確地測出基準(zhǔn)線與置鏡點到觀測點（Pi）視線之間所夾的微小角度βi按下式計算偏離值：12第12頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三誤差分析

由于視準(zhǔn)線法觀測中采用了強制對中設(shè)備，所以其主要誤差來源是儀器照準(zhǔn)覘牌時的照準(zhǔn)誤差。

測小角法對于距離的觀測精度要求不高，一般取相對精度為1/2000即可滿足要求。所以在測小角法中，邊長只需丈量一次，并且在以后各周期觀測中，此值可以認(rèn)為不變。

對于照準(zhǔn)誤差，從實際觀測來看，影響照準(zhǔn)誤差的因素很多，其主要誤差為照準(zhǔn)誤差，故有：

式中mv為照準(zhǔn)誤差，若取肉眼的視力臨界為60″則照準(zhǔn)誤差為：

式中v為望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)。

13第13頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三測小角法測量小角度的精度要求可按下式估算。由式,對βi

全微分得：

【例1】設(shè)某觀測點到端點（置鏡點）距離為100m，若要求測定偏離值的精度為±0.3mm，試問用測小角度法觀測時，測量小角度的精度應(yīng)為多少？解：將已知數(shù)值代入公式，可求得：【例2】續(xù)例1，若設(shè)當(dāng)采用望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)為40倍的DJ1型精密經(jīng)緯儀觀測時，小角度至少應(yīng)觀測幾個測回？14第14頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三通過定期觀測a、b角，計算出P點的坐標(biāo)，然后與前次進(jìn)行比較，即得位移量。需要上交的資料有觀測成果表、平面位移矢量圖。2、前方交會法交會角不能過小或過大基點A基點BP基點基點觀測點ab15第15頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三房屋平面位移觀測1）前方交會法測定觀測點坐標(biāo)2）全站儀直接測定觀測點的坐標(biāo)16第16頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三3、導(dǎo)線法

當(dāng)相鄰的變形點間可以通視，且在變形點上可以安置儀器進(jìn)行測角、測距時，可采用這種方法。通過各次觀測所得的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，便可得出點位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線型建筑物的水平位移觀測，如對弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測。

17第17頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三§10-7撓度觀測

所謂撓度，是指建(構(gòu))筑物或其構(gòu)件在水平方向或豎直方向上的彎曲值。例如橋的梁部在中間會產(chǎn)生向下彎曲，高聳建筑物會產(chǎn)生側(cè)向彎曲。如下圖是對梁進(jìn)行撓度觀測的例子。在梁的兩端及中部設(shè)置三個變形觀測點A、B及C，定期對這三個點進(jìn)行沉降觀測，即可依下式計算各期相對于首期的撓度值：

——觀測點間的距離；

——觀測點的沉降量。18第18頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三沉降量可用水準(zhǔn)測量方法觀測，如果由于結(jié)構(gòu)或其他原因，無法采用水準(zhǔn)測量時，也可采用三角高程的方法。橋梁在動荷載(如列車行駛在橋上)作用下會產(chǎn)生彈性撓度，即列車通過后，立即恢復(fù)原狀，這就要求在撓度最大時測定其變形值。為能測得其瞬時值，可在地面架設(shè)測距儀，用三角高程法觀測，也可利用近景攝影測量法測定。對高聳建(構(gòu))筑物豎直方向的撓度觀測，是測定在不同高度上的幾何中心或棱邊等特殊點相對于底部幾何中心或相應(yīng)點的水平位移，并將這些點在其扭曲方向的鉛垂面上的投影繪成曲線，就是撓度曲線。水平位移的觀測方法，可采用測角前方交會法、極坐標(biāo)法或垂線法。

19第19頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三§10-8變形觀測的成果整理

一、概述

現(xiàn)場觀測獲取資料、整理分析，指導(dǎo)工程安全使用和發(fā)揮工程效益。觀測資料整理分析主要包括兩個方面的內(nèi)容：1、觀測資料的整理和整編（編制成圖表和說明、便于應(yīng)用）①校對各項原始記錄，檢查各次變形觀測值難的計算是否有錯誤；②對各種變形值按時間逐點填寫觀測數(shù)值表；③繪制各種變形過程線、建筑物變形分布圖。20第20頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三2、觀測資料的分析

分析歸納建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度；分析變形的原因，變形值與引起變形因素之間的關(guān)系，找出它們之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而判斷建筑物的工作情況。在積累了大量的觀測資料后又可以進(jìn)一步找出建筑物變形的內(nèi)在原因和規(guī)律，從而修正設(shè)計的理論以及所采用的經(jīng)驗系數(shù)。具體工作如下：

①成因分析（定性分析）：對建筑物結(jié)構(gòu)本身（內(nèi)因）與作用在結(jié)構(gòu)物上的荷載（外因）以及觀測本身，加以分析、考慮、確定變形值變化的原因和規(guī)律性。21第21頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

③變形預(yù)報和安全判斷：在成因分析和統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，可根據(jù)求得的變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系，預(yù)報未來變形值的范圍和判斷建筑物的安全程度。

②統(tǒng)計分析：根據(jù)成因分析，對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，從中尋找規(guī)律，并導(dǎo)出變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系。22第22頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三二、觀測資料的整編

主要內(nèi)容是將變形觀測值繪制成各種便于分析的圖表。

（一）觀測點變形過程線

某觀測點的變形過程線是以時間為橫坐標(biāo)，以累積變形值（沉陷、位移、傾斜、撓度等）為縱坐標(biāo)繪制成曲線。觀測點的變形過程線可明顯地反映出變形的趨勢、規(guī)律和幅度。這對于初步判斷建筑物的工作情況是否正常是非常有用的。23第23頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三下圖為某大壩各種變形過程線的實例24第24頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三（二）建筑物變形分布圖

1、變形值剖面分布圖。該圖是根據(jù)某剖面上各觀測點的變形值繪制而成。

下圖為拱壩壩頂水平面上的變形情況：25第25頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三下圖是三個不同高程的水平面上的沉陷情況：26第26頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

下圖是根據(jù)某壩豎直剖面上各觀測點的水平位移繪制的，它反映了建筑物的撓曲情況。27第27頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

2、建筑物（或基礎(chǔ)）沉陷等值線下圖為某土壩的沉陷等值線圖：28第28頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三右圖為某高層建筑物基礎(chǔ)沉陷等值圖。29第29頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三三、觀測值的統(tǒng)計規(guī)律及其成因分析

根據(jù)實測變形值整編的各種表格和圖形，顯示了變形的趨勢、規(guī)律和幅度。如可變形過程線圖上看出建筑物年周期變形規(guī)律、變形趨勢，由近似正弦曲線可看出建筑物的變形是一個彈性變形。

對建筑物經(jīng)過長期的觀測初步掌握其變形規(guī)律后，可以繪制觀測點的變形范圍圖。30第30頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三引起大壩變形原因分析：

1、靜水壓力

靜水壓力引起的變形，有四種可能的情況：①在靜水壓力作用下，由于壩體不同高度處不同的水平推力的作用，使壩體產(chǎn)生撓曲變形b。②由于水庫水壓及壩底揚壓力的作用，使壩體產(chǎn)生向下游轉(zhuǎn)動而引起的變形r。

重力壩在下游水深作用下產(chǎn)生浮托力，在上下游水位差作用下，產(chǎn)生滲透水壓力，滲透水壓力及浮托力之和稱為揚壓力。31第31頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

③由于水庫水體的重力作用使庫底變形，引起壩基向上游轉(zhuǎn)動而引起的變形u。④由于剪應(yīng)力對壩底接觸帶的作用，在靜水壓力作用下產(chǎn)生的滑動s（對大壩威脅性較大）。32第32頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三2、壩體的溫度變化33第33頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三3、時效變化

時效變化是由于建筑材料的變形以及基礎(chǔ)巖層在荷載作用下引起的變形所產(chǎn)生的。它的特點是施工期與運營初期比較大，隨著時間的推移而漸趨穩(wěn)定。時效變化為不可逆變形。

根據(jù)我國水壩觀測資料分析可知，對于壩頂?shù)奈灰?，溫度影響往往比水位影響大。壩頂沉陷的主要因素是溫度和水位的變化。對于壩基來說，庫水位變化是垂直位移和傾斜變形的主要因素，而溫度影響可以忽略。34第34頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三四、一元線性回歸分析

下面結(jié)合一個實例來具體說明一元線性回歸分析的內(nèi)容與步驟。

下頁表為某混凝土壩壩基沉陷的觀測值及其響應(yīng)的庫水位。

1、繪制壩基沉陷與庫水位散點圖今以x軸表示庫水位，以y軸表示沉陷量，繪制壩基沉陷與庫水位散點圖。（如右圖所示）35第35頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三36第36頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

由右圖可以認(rèn)為這些散點的分布可用一條直線y=a+bx來代替。

由于因變量y與自變量x關(guān)系的不確定性，對觀測數(shù)據(jù)可以寫成：

為了由觀測數(shù)據(jù)計算a、b的最佳估值，采用最小二乘原理來計算估值，為此組成：2、求線性方程的表達(dá)式37第37頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三

在［vv］最小的要求下由上式對a、b求微分，整理后得：經(jīng)變換后得：

式中，n為觀測值個數(shù)。代入觀測數(shù)據(jù)即可求得：38第38頁，共43頁，2022年，5月20日，22點22分，星期三用求因變量yi的估值需加改正值：則因變量估值的中誤差為：

當(dāng)用回歸直線預(yù)報未來變形值時，通常在回歸直線兩側(cè)根據(jù)2S值畫兩條平行線（圖中虛線）。這兩條平行線以內(nèi)的范圍即為未來變形值允許出現(xiàn)的區(qū)間。3、求因變量估值的中誤差39第