变形监测的理论与方法变形监测的理论与方法 武汉大学测绘学院 2009年12月 武汉大学测绘学院 2009年12月 武汉武汉 黄声享黄声享 sxhuang 变形监测的理论与方法变形监测的理论与方法 变形监测变形监测变形监测变形监测任务书任务书任务书任务书 监测方案监测方案监测方案监测方案 监测资料的预处理监测资料的预处理监测资料的预处理监测资料的预处理 监测基准与稳定性分析监测基准与稳定性分析监测基准与稳定性分析监测基准与稳定性分析 变形分析方法变形分析方法变形分析方法变形分析方法 数数数数 理理理理 统统统统 计计计计 知知知知 识识识识 确定性模型确定性模型确定性模型确定性模型 统计统计统计统计模型模型模型模型 变形变形变形变形监测数据获取监测数据获取监测数据获取监测数据获取 自动化观测自动化观测自动化观测自动化观测 人工观测人工观测人工观测人工观测 变形监测的理论与方法变形监测的理论与方法 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 2 变形监测技术 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模 变形监测技术 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模 主要内容 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 变形监测变形监测就是利用测量与专用仪器和 方法对变形体的变形现象进行监视观 测的工作 其任务是确定在各种荷载 和外力作用下 变形体的形状 大小 及位置变化的空间状态和时间特征 就是利用测量与专用仪器和 方法对变形体的变形现象进行监视观 测的工作 其任务是确定在各种荷载 和外力作用下 变形体的形状 大小 及位置变化的空间状态和时间特征 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 变形体变形体的范畴可以大到整个地球 小到 一个工程建 构 筑物的块体 它包括 自然的和人工的构筑物 变形体的研究 范围分类 的范畴可以大到整个地球 小到 一个工程建 构 筑物的块体 它包括 自然的和人工的构筑物 变形体的研究 范围分类 全球性变形全球性变形 区域性变形区域性变形 工程和局部性变形工程和局部性变形 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 代表性的工程和局部变形体代表性的工程和局部变形体 大坝大坝 桥梁桥梁 矿区矿区 高层 耸 建筑物高层 耸 建筑物 高速轨道交通高速轨道交通 防护堤防护堤 边坡边坡 隧道隧道 城市地铁城市地铁 地表沉降地表沉降 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 变形监测的意义变形监测的意义 确保安全 实用上的意义 确保安全 实用上的意义 主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性 为 安全性诊断提供必要信息 及时发现问题 以便 采取措施 主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性 为 安全性诊断提供必要信息 及时发现问题 以便 采取措施 验证设计 科学上的意义 验证设计 科学上的意义 包括解释变形的机理 验证变形的假说 检验设 计的合理性 为修改设计 制定规范提供参考 包括解释变形的机理 验证变形的假说 检验设 计的合理性 为修改设计 制定规范提供参考 变形监测与分析方法及其应用变形监测与分析方法及其应用 1 变形监测工作及其意义变形监测工作及其意义 2 变形监测技术变形监测技术 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模 主要内容 2 变形监测技术变形监测技术 变形监测的内容变形监测的内容 获取变形几何量获取变形几何量 水平位移 垂直位移以及偏距 倾斜 扰度 弯曲 扭转 震动 裂缝等 水平位移 垂直位移以及偏距 倾斜 扰度 弯曲 扭转 震动 裂缝等 获取与变形有关的影响因子 物理量 获取与变形有关的影响因子 物理量 应力 应变 温度 气压 水位 库水位 地 下水位 渗流 渗压 扬压力等 应力 应变 温度 气压 水位 库水位 地 下水位 渗流 渗压 扬压力等 2 变形监测技术变形监测技术 变形信息获取的方法选择变形信息获取的方法选择 取决于变形体的特征 变形监测的目 的 变形大小和变形速度等因素 取决于变形体的特征 变形监测的目 的 变形大小和变形速度等因素 2 变形监测技术变形监测技术 全球性变形监测全球性变形监测 空间大地测量是最 基本最适用的技术 主要包括 空间大地测量是最 基本最适用的技术 主要包括 卫星导航定位系统 GNSS 卫星导航定位系统 GNSS 甚长基线射电干涉测量 VLBI 甚长基线射电干涉测量 VLBI 卫星激光测距 SLR 卫星激光测距 SLR 激光测月技术 LLR 激光测月技术 LLR 卫星重力探测技术 卫星测高 卫星跟 踪卫星和卫星重力梯度测量 卫星重力探测技术 卫星测高 卫星跟 踪卫星和卫星重力梯度测量 2 变形监测技术变形监测技术 区域性变形监测区域性变形监测 GNSS已成为主要的技术手段GNSS已成为主要的技术手段 空间对地观测遥感新技术空间对地观测遥感新技术 合成孔径雷达 干涉测量 InSAR 在监测地震变形 火 山地表移动 冰川漂移 地面沉降 山体滑 坡等方面的试验精度已可达厘米或毫米级 表现出很强的技术优势 合成孔径雷达 干涉测量 InSAR 在监测地震变形 火 山地表移动 冰川漂移 地面沉降 山体滑 坡等方面的试验精度已可达厘米或毫米级 表现出很强的技术优势 精密水准测量依然是高精度高程信息获取的精密水准测量依然是高精度高程信息获取的 方法方法 2 变形监测技术变形监测技术 工程和局部性变形监测工程和局部性变形监测 地面常规测量技术地面常规测量技术 地面影像测量技术地面影像测量技术 特殊和专用的测量手段特殊和专用的测量手段 卫星定位技术卫星定位技术 2 变形监测技术变形监测技术 地面常规监测方法地面常规监测方法 主要是指通过高精度的地面测量仪器及其设备测 量 主要是指通过高精度的地面测量仪器及其设备测 量角度角度 长度长度和和高程高程的变化来确定的变化来确定变形变形 主要方法有 前方交会法 角度 边长交会 后方交会法 自由设站法 极坐标法 视准线法 小角法 测距法 几何水准测量 三角高程测量 主要方法有 前方交会法 角度 边长交会 后方交会法 自由设站法 极坐标法 视准线法 小角法 测距法 几何水准测量 三角高程测量 2 变形监测技术变形监测技术 变形监测的特点变形监测的特点 要进行周期观测 每一周期的观测方案 如监测网的图形 使用仪器 作业方法 乃至观测人员都要尽可能一致 要进行周期观测 每一周期的观测方案 如监测网的图形 使用仪器 作业方法 乃至观测人员都要尽可能一致 动态 持续监测动态 持续监测 要求精度高 对于重要工程 一般要求要求精度高 对于重要工程 一般要求 以当时能达到的最高精度为标准进行变 形观测设计 以当时能达到的最高精度为标准进行变 形观测设计 项目项目位移中误差限值位移中误差限值 重力坝重力坝 1 0mm 1 0mm 径 向径 向 2 0mm 2 0mm 切 向切 向 1 0mm 1 0mm 重力坝重力坝 0 3mm 0 3mm 径 向径 向 1 0mm 1 0mm 切 向切 向 0 5mm 0 5mm 坝 顶坝 顶 1 0mm 1 0mm 坝 基坝 基 0 3mm 0 3mm 坝体 坝基挠度坝体 坝基挠度 0 3mm 0 3mm 坝体坝体 5 0 5 0 坝基坝基 1 0 1 0 坝体表面接缝与裂缝坝体表面接缝与裂缝 0 2mm 0 2mm 水平位移水平位移 2 0mm 2 0mm 垂直位移垂直位移 2 0mm 2 0mm 水平位移水平位移 3 0 岩质边坡 5 0 土质边坡 3 0 岩质边坡 5 0 土质边坡 垂直位移垂直位移 3 0mm 3 0mm 裂缝裂缝 1 0mm 1 0mm 滑坡体和高边坡滑坡体和高边坡 近坝区岩体近坝区岩体 倾 斜倾 斜 坝体 坝基垂直位移坝体 坝基垂直位移 拱坝拱坝 坝基坝基 拱坝拱坝 坝体坝体 水平位移水平位移 变形监测的精度举例 变形体的几何模型 认识与理解变形体的几何模型 认识与理解 2 变形监测技术变形监测技术 定义 参见图 参考点 目标点及其它们之间的连 接称为变形体的几何模型 定义 参见图 参考点 目标点及其它们之间的连 接称为变形体的几何模型 概念 概念 变形体空间上的离散化 监测点 目标点 变形体空间上的离散化 监测点 目标点 时间上的离散化 周期性监测 持续性监测时间上的离散化 周期性监测 持续性监测 相对定位 绝对定位相对定位 绝对定位 参考点 目标点参考点 目标点 不变量 可变量不变量 可变量 变形体的几何模型 变形监测方案变形监测方案变形监测方案变形监测方案 2 变形监测技术变形监测技术 变形监测方案的制定 变形监测方案的制定 变形监测方案的制定 变形监测方案的制定 监测内容监测内容监测内容监测内容的的的的确定确定确定确定 监测仪器 方法和监测精度的确定监测仪器 方法和监测精度的确定监测仪器 方法和监测精度的确定监测仪器 方法和监测精度的确定 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定 监测周期的确定监测周期的确定监测周期的确定监测周期的确定 变形监测内容的确定变形监测内容的确定 2 变形监测技术变形监测技术 应根据变形体的性质 监测要求和环境等因素来 确定变形监测工作的内容 例如 应根据变形体的性质 监测要求和环境等因素来 确定变形监测工作的内容 例如 沉降或垂直位移监测沉降或垂直位移监测 水平位移监测水平位移监测 倾斜监测 裂缝监测 挠度监测倾斜监测 裂缝监测 挠度监测 应力应变监测应力应变监测 物理参数物理参数 气温 水位 地下水 降雨量 地震等环境 因素的监测 气温 水位 地下水 降雨量 地震等环境 因素的监测 变形监测仪器和方法的选择变形监测仪器和方法的选择 2 变形监测技术变形监测技术 取决于工程地质条件以及工程周围的环境条 件 根据监测内容的不同可以选择不同的方 法和仪器 取决于工程地质条件以及工程周围的环境条 件 根据监测内容的不同可以选择不同的方 法和仪器 变形监测的精度要求变形监测的精度要求 2 变形监测技术变形监测技术 对于工程建筑物来说 变形监测的精度要求 取决 于该工程建筑物预计的允许变形值的大小和进行观 测的目的 国际测量师联合会 对于工程建筑物来说 变形监测的精度要求 取决 于该工程建筑物预计的允许变形值的大小和进行观 测的目的 国际测量师联合会 FIG 1971 提出 提出 如果观测的 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 则其观测的中误差应小于允许变形 值的 如果观测的 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 则其观测的中误差应小于允许变形 值的1 10 1 20 如果观测的目的是为了研究其变 形的过程 则其中误差应比这个数值小得多 如果观测的目的是为了研究其变 形的过程 则其中误差应比这个数值小得多 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定 2 变形监测技术变形监测技术 监测点 布设在变形体的特征部位 重点突出监测点 布设在变形体的特征部位 重点突出 工作基点 为方便观测 应相对稳定工作基点 为方便观测 应相对稳定 基准点 应布设在稳定位置基准点 应布设在稳定位置 变形监测频率的确定变形监测频率的确定 取决于变形的大小 速度以及观测的目的 取决于变形的大小 速度以及观测的目的 变形监测技术的应用实例变形监测技术的应用实例 1 清江隔河岩大坝清江隔河岩大坝GPS自动监测系统自动监测系统 清 江 隔 河 岩 大 坝 清 江 隔 河 岩 大 坝 1 清江隔河岩大坝清江隔河岩大坝GPS自动监测系统自动监测系统 隔河岩大坝隔河岩大坝GPS监测点位分布图监测点位分布图 大坝安全监测向实时 连续 自动化方向发展 GPS已成为一种重要监测技术手段 由原武汉测绘科 技大学承担了该大坝外观变形GPS自动监测系统的建 立工作 大坝安全监测向实时 连续 自动化方向发展 GPS已成为一种重要监测技术手段 由原武汉测绘科