巖土工程監(jiān)測【專業(yè)知識】

1、巖土工程監(jiān)測,丁萬濤,1,行業(yè)相關(guān),主要內(nèi)容,緒論 測試技術(shù)基礎(chǔ)知識 巖土的原位測試技術(shù) 基坑工程中的巖土工程問題監(jiān)測 地下工程中的巖土工程問題監(jiān)測 邊坡工程中的巖土工程問題監(jiān)測 地基加固的檢驗與檢測 樁基礎(chǔ)的測試與檢測,2,行業(yè)相關(guān),第一章 緒 論,本課程的目的和意義 本課程在巖土工程中的地位與作用 巖土工程測試、檢測及監(jiān)測技術(shù)簡介 巖土工程測試與檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與展望,3,行業(yè)相關(guān),1.1 本課程的目的和意義,巖土工程是利用土力學(xué)、巖體力學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)的理論和方法，為研究各類土建工程中涉及巖土體的利用、整治和改造問題而進(jìn)行的系統(tǒng)工作。 巖土力學(xué)理論要變?yōu)楣こ态F(xiàn)實，需要相應(yīng)的測試手段。 巖土工

2、程設(shè)計、施工，試驗工作非常重要，它是學(xué)科理論研究與發(fā)展的基礎(chǔ)。,4,行業(yè)相關(guān),1.2本課程在巖土工程中的地位與作用,巖土力學(xué)在一定意義上講就是一門試驗力學(xué)，試驗是土力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。 巖土體的復(fù)雜性使前期勘察與試驗結(jié)果存在著一定的不確定性，在巖土工程施工過程中還必須通過現(xiàn)場監(jiān)測與檢測，以確保巖土工程的安全性。 巖土工程測試技術(shù)不僅在工程實踐中十分重要，而且在學(xué)科理論的研究與發(fā)展中也起著決定性作用。,5,行業(yè)相關(guān),監(jiān)測與檢測的重要性,保證工程的施工質(zhì)量和安全，提高工程效益。 在巖土工程服務(wù)于工程建設(shè)的全過程中，現(xiàn)場監(jiān)測與檢測是一個重要的環(huán)節(jié)，可以使工程師們對上部結(jié)構(gòu)與下部巖土地基共同作用的性狀及施

3、工和建筑物運營過程的認(rèn)識在理論和實踐上更加完善，便于總結(jié)工作經(jīng)驗和形成新的認(rèn)識。 依據(jù)監(jiān)測結(jié)果，利用反演分析的方法，求出能使理論分析與實測基本一致的工程參數(shù)。,6,行業(yè)相關(guān),1.3 巖土工程測試、檢測及監(jiān)測技術(shù)簡介,巖土工程測試包括室內(nèi)土工試驗、巖體力學(xué)試驗、原位測試、原型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測等。 室內(nèi)土工試驗：觀測判別試驗、物理性質(zhì)試驗、化學(xué)性質(zhì)試驗和力學(xué)性質(zhì)試驗等。 巖體力學(xué)試驗：常規(guī)力學(xué)指標(biāo)和巖體變形與破壞機(jī)理的分析與研究。 原位測試：基本保持被測試巖土體的結(jié)構(gòu)、含水量及應(yīng)力狀態(tài)不變的條件下測定其基本物理力學(xué)性能。,7,行業(yè)相關(guān),1.3.1 原位測試,獲取設(shè)計參數(shù)的原位試驗； 提供施工控制和反

4、演分析參數(shù)的原位檢測。 優(yōu)點： 1、避開取土樣困難，測定難以采取不擾動試樣土層的工程性質(zhì)； 2、在原位應(yīng)力條件下試驗，避免采用過程中應(yīng)力釋放的影響； 3、試驗的巖土體體積較大，代表性強(qiáng)； 4、工作效率較高，可大大縮短勘探試驗的周期。,8,行業(yè)相關(guān),1.3.1 原位測試,缺點 1、各種原位測試都有其針對性和適用條件； 2、原位測試所得參數(shù)與土的工程性質(zhì)間的關(guān)系往往建立在統(tǒng)計關(guān)系上； 3、影響原位測試成果的因素較為復(fù)雜（如周圍的應(yīng)力場、排水條件和施工過程對測試環(huán)境的干擾等），使得對測定值的準(zhǔn)確判定造成一定的困難； 4、原位測試中的主應(yīng)力方向與實際巖土工程問題中多變的主應(yīng)力方向往往并不一致。,9,行

5、業(yè)相關(guān),1.3.2 原型試驗,原型試驗以實際地下結(jié)構(gòu)物為對象在現(xiàn)場地質(zhì)條件下按設(shè)計荷載條件進(jìn)行試驗，其試驗結(jié)果具有直觀、可靠等優(yōu)點，主要有樁基試驗、錨桿試驗等； 通過原型試驗可以進(jìn)一步驗證工程勘察結(jié)果和設(shè)計結(jié)果的正確性與可靠性。,10,行業(yè)相關(guān),1.3.3 現(xiàn)場監(jiān)測,以實際工程作為對象，在施工期及工后期對整個巖土體和地下結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境，于事先設(shè)定的點位上，按設(shè)定的時間間隔進(jìn)行應(yīng)力和變形現(xiàn)場觀測。 目的： 1、檢驗巖土工程施工質(zhì)量是否滿足巖土工程設(shè)計和有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求； 2、指導(dǎo)巖土工程的施工方法、流程和施工進(jìn)度，通過巖土工程監(jiān)測反饋分析巖土工程設(shè)計與施工是否合理，并為后續(xù)設(shè)計與施工方案提

6、供優(yōu)化意見； 3、檢測巖土工程施工對環(huán)境的影響，驗證巖土工程施工防護(hù)措施的效果； 4、及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報巖土工程施工過程中所出現(xiàn)的異常情況、防止巖土工程施工事故，保障巖土工程施工安全； 5、提供定量的巖土工程質(zhì)量事故鑒定依據(jù)； 6、為建（構(gòu)）筑物的竣工驗收提供所需的監(jiān)測資料。,11,行業(yè)相關(guān),1.3.3 現(xiàn)場監(jiān)測,現(xiàn)場監(jiān)測工作的主要內(nèi)容： 1、對巖土所受到的施工作用、各類荷載的大小以及在這些荷載作用下巖土反應(yīng)性狀的監(jiān)測； 2、對建設(shè)中或運營中結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測； 3、監(jiān)測巖土工程在施工及運營過程中對周圍環(huán)境的影響。,12,行業(yè)相關(guān),1.4 巖土工程測試與檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與展望,現(xiàn)狀： 1、手段單一 2、結(jié)

7、果缺乏合理的解釋 3、管理制度不健全 4、人員培訓(xùn)不及時 采取相應(yīng)措施： 1、建立健全行業(yè)管理制度，提高工作人員素質(zhì) 2、增強(qiáng)對從事巖土工程工作的單位考核與管理，提高人員培訓(xùn)與考核 3、加強(qiáng)巖土工程各個環(huán)節(jié)的控制，增強(qiáng)對檢測、測試環(huán)節(jié)的階段驗收和最終評判,13,行業(yè)相關(guān),展望： 1、取樣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化 2、新儀器新方法的開發(fā) 3、工程地球物理探測 4、現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗、理論預(yù)測和數(shù)值反分析及其再預(yù)測的有機(jī)結(jié)合與循環(huán),14,行業(yè)相關(guān),第二章 測試技術(shù)基礎(chǔ)知識,測試：信息采集，獲取測試數(shù)據(jù)；以確定量值為目的的一系列操作。 測試系統(tǒng)：傳感技術(shù)的實體，傳感器與多臺儀表的組合。,15,行業(yè)相關(guān),2.1.1

8、 測試,將測試值與同種性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，確定被測試值對標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。,16,行業(yè)相關(guān),2.1.2 測試系統(tǒng),測試系統(tǒng)：傳感器與測試儀表、變換裝置等的有機(jī)組合。 傳感器：感受被測試的大小并輸出相對應(yīng)的可用輸出信號的器件或裝置。 數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)：傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)：信號處理和變換。 數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)：被測試信息變成人感官能接受的形式，以完成監(jiān)視、控制或分析的目的。,17,行業(yè)相關(guān),2.2 傳感器的基本特性,傳感器：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測試電路。 傳感器性能評價：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 靜態(tài)特性：當(dāng)被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出值與輸入值之間的關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式、曲線或數(shù)表。 動態(tài)特性：當(dāng)

9、被測量值隨時間變化時，傳感器的輸出值與輸入值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式、曲線或數(shù)表。,18,行業(yè)相關(guān),2.2.1 傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標(biāo),主要指標(biāo)：靈敏度、線性度（直線度）和回程誤差（遲滯性）,靈敏度（）： 穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量Y和輸入量X之比，或輸出量Y的增量和輸入量X的增量之比。,19,行業(yè)相關(guān),線性度（非線性誤差） 傳感器的輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與理論擬合曲線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比。 理想的傳感器輸出與輸入呈線性關(guān)系。線性度是評價非線性程度的參數(shù)。,20,行業(yè)相關(guān),回程誤差（遲滯性） 輸入逐漸增加到某一值與輸入逐漸減小到同一輸入值時的輸出值不相等，叫遲滯現(xiàn)象。 遲滯差：對于同一輸入值

10、所得到的兩個輸出值之間的最大差值hmax與量程A的比值的百分率。,21,行業(yè)相關(guān),分辨力：傳感器能檢測到的最小輸入增量。在輸入零點附近的分辨力稱為閥值。 測量范圍和量程：在允許誤差限內(nèi)，被測量值的下限與上限之間的范圍。 重復(fù)性：傳感器在同一條件下，被測輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測量時，所得輸出-輸入曲線的不一致程度。 零漂：傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸出值偏離原始值的最大偏差與滿量程的百分比。 溫漂：溫度每升高1度，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比。,22,行業(yè)相關(guān),2.2.2 傳感器的動態(tài)特性,通常根據(jù)正弦變化與階躍變化兩種標(biāo)準(zhǔn)輸入來考察傳感器的響應(yīng)特性

11、。 建立數(shù)學(xué)模型來分析和處理傳感器的動態(tài)響應(yīng)。 線性系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，廣泛使用的數(shù)學(xué)模型是普通線性常系數(shù)微分方程。,23,行業(yè)相關(guān),2.3 常用傳感器的類型和工作原理,變換原理：電阻式、電容式、差動變壓器式、光電式等。 被測量的物理量：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器。,24,行業(yè)相關(guān),2.3.1 差動電阻式傳感器（卡爾遜式儀器）,組成：兩根彈性鋼絲作為傳感元件，一根受拉，一根受壓。 鋼絲特性之一 環(huán)境變量變化，鋼絲電阻值反向變化，兩個元件的電阻值比值，測出物理量的數(shù)值。 當(dāng)鋼絲受到拉力作用而產(chǎn)生彈性變形，其變形與電阻變化之間關(guān)系：,25,行業(yè)相關(guān),鋼絲特性之二 鋼絲電阻隨其溫度變化之間的近似

12、線性關(guān)系：,26,行業(yè)相關(guān),工作原理： 儀器受力變形，鋼絲電阻產(chǎn)生差動變化，一根受拉，電阻增加，一根受壓，電阻減少，兩個鋼絲的串聯(lián)電阻不變而電阻比R1/R2發(fā)生變化，得到鋼絲電阻比值，就得到儀器的變形或應(yīng)力； 溫度改變時，鋼絲電阻變化是同方向的，溫度升高時，兩根鋼絲的電阻都減少。獲得鋼絲的串聯(lián)電阻，就可求得儀器測點位置的穩(wěn)定。,27,行業(yè)相關(guān),差動式應(yīng)變計： 靈敏度較高，性能穩(wěn)定，耐久性好,28,行業(yè)相關(guān),2.3.2 鋼弦頻率式傳感器,組成：一根金屬絲弦（高彈性彈簧鋼、馬氏不銹鋼或鎢鋼） 工作原理：利用鋼弦的自振頻率與鋼弦所受到的外加張力關(guān)系式測各種物理量。 鋼弦式儀器是根據(jù)鋼弦張緊力與諧振頻

13、率成單值函數(shù)關(guān)系設(shè)計而成的；關(guān)系式如下：,29,行業(yè)相關(guān),壓力盒計算公式,30,行業(yè)相關(guān),鋼弦傳感器的種類,鋼弦式應(yīng)變計、鋼弦式土壓力盒、鋼筋應(yīng)力計等。,31,行業(yè)相關(guān),32,行業(yè)相關(guān),特點 結(jié)構(gòu)簡單可靠，傳感器的設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試方便。 不受接觸電阻、外界電磁場影響，性能較穩(wěn)定，耐久性能好。,33,行業(yè)相關(guān),2.4 監(jiān)測儀器的選擇和標(biāo)定,監(jiān)測儀器和元件的選擇 巖土工程監(jiān)測儀器的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 監(jiān)測儀器的適用范圍及使用條件 儀器和傳感器的標(biāo)定,34,行業(yè)相關(guān),2.4.1 監(jiān)測儀器和元件的選擇,選取要求：儀器的技術(shù)性能、儀器埋設(shè)條件、儀器測讀的方式和儀器的經(jīng)濟(jì)性 儀器技術(shù)性能方面 儀器的可靠性（光

14、學(xué)、機(jī)械、電子設(shè)備等） 儀器使用壽命（儀器工作壽命大于或等于工程使用年限） 儀器的堅固性和可維護(hù)性（容易標(biāo)定、修復(fù)或置換） 儀器的精度（精度滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)要求即可） 靈敏度和量程（高靈敏度、大量程）,35,行業(yè)相關(guān),儀器埋設(shè)條件方面 儀器選型時，應(yīng)考慮其埋設(shè)條件（性能保證下，選擇易埋設(shè)） 施工儀器和埋設(shè)條件不同，選擇不同儀器。,儀器選擇經(jīng)濟(jì)方面 技術(shù)要求滿足條件下，選擇最經(jīng)濟(jì)的（儀器購置、損耗及埋設(shè)費用）,儀器測讀方式方面 根據(jù)測量工作量選擇不同的測讀方式的儀器 對于能形成監(jiān)測網(wǎng)并能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的工程，儀器選型時應(yīng)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)一的測讀方式選擇儀器,36,行業(yè)相關(guān),2.4.2 巖土工程監(jiān)測儀器的質(zhì)量

15、標(biāo)準(zhǔn),可靠性和穩(wěn)定性 儀器在設(shè)計規(guī)定的運行條件和運行時間內(nèi)，檢測元件、轉(zhuǎn)換裝置和測讀儀器、儀表保持原有技術(shù)性能的程度。 準(zhǔn)確度和精度 準(zhǔn)確度：測量結(jié)果與真值偏離的程度，系統(tǒng)誤差的大小是準(zhǔn)確度的標(biāo)志。 精度：在相同條件下測量同一個量所得結(jié)果重復(fù)一致的程度。 靈敏度和分辨力 靈敏度：輸入量（被測信號）與輸出量的比值 分辨力：靈敏度的倒數(shù)，靈敏度越高，分辨力越強(qiáng)，傳感器檢測出的輸入量變化越小。,37,行業(yè)相關(guān),2.4.3監(jiān)測儀器的適用范圍及使用條件,變形觀測儀器 經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、電子測距儀或激光準(zhǔn)直儀。 位移計、測縫計、傾斜儀、沉降儀、垂線坐標(biāo)儀、多點位移計和應(yīng)變計等 壓力（應(yīng)力）觀測儀器 土壓力計、孔隙壓力計、鋼筋內(nèi)力計等 其他觀測儀器 溫度計、速度計、加速度計、動水壓力計等,38,行業(yè)相關(guān),2.4.4 儀器和傳感器的標(biāo)定,標(biāo)定：利用精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行定度的過程，從而確定其輸出量與輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系，同時也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。 標(biāo)定方法：利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知“標(biāo)準(zhǔn)”輸入量，或用標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測輸入量的標(biāo)準(zhǔn)值，輸入待標(biāo)定的傳感器，并將傳感器的輸出量與輸入標(biāo)準(zhǔn)量相比較，獲得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輸入輸出曲線，動態(tài)響應(yīng)曲線等，由此分析計算而得到被標(biāo)傳感器的技術(shù)性能參數(shù)。 標(biāo)定類型：靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定,39,行業(yè)相