GPS技术在水利水电工程变形监测中的应用研究
摘要：gps全球定位系统以其精度高、速度快、全天候等优点，成为当今较先进的测量与监测仪器。本文简要地介绍了gps定位原理，论述水利水电大坝变形监测中，以gps基准网进行整体控制，快速提供大坝及建筑物安全状况评价的方法。
关键词：gps；工作原理；变形监测
中图分类号：p228.4 文献标识码：a 文章编号：
1引言
随着我国经济的飞速发展，大型的水利水电工程（如大坝）基础工程也在不断建设，这些工程在防洪、发电、灌溉、供水和航运等方面发挥了巨大社会效益和经济效益，是我国国民经济的重要基础设施。而水利水电工程规模大、投资多，造价高，少则几亿、几十亿，多则几百亿，甚至上干亿。因此工程质量的好坏和能否安全运行，不仅会影响工程效益的充分发挥，还将直接关系到下游或两岸人民的生命财产安全。国内外大量工程实践表明，对水利水电工程进行全面的监测与监控，是保证工程安全运行的重要措施之一。同时将监测和监控资料及时反馈给施工、设计和运营管理部门，又可为提高水利水电工程的设计及运行管理水平提供可靠的科学依据。而gps作为现代测量技术的代表，因具有精度高、不受气候条件及通视条件限制、高度自动化等优点，近年在水电工程变形监测领域发挥作用。
2 gps工作原理
基坑变形监测技术方案 一、工程概况 本工程由一幢门字形酒店、六幢不同高度公寓和整体地下车库组成，总占地面积约30000m 2，总建筑面积约23 万m 2，地下建筑面积约8.7 万m 2。 本工程基坑总面积约29300m 2，东西向长约300～400m，南北方向长约40～110m。基坑总延长线为785m，地下室为三层，基坑开挖深度为-18.2m、-18.7m，管线分布复杂。基坑北侧紧邻海河，南侧是车流量较大的公路，海河水位的变化及张自忠路面动荷载的干扰都将是某基坑监测的难点。基坑监测等级为一级，监测手段众多，监测内容、监测工作量及监测难度均较大。 二、依据及原则 1. 《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97） 2. 《工程测量规范》（GB50026-93） 3. 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 4. 《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-93） 5. 《天津市建筑地基基础设计规范》（TBJ1-88） 依据规范和天津市建设主管部门对建筑物基坑施工相关文件的要求，以及基坑设计的相关要求；为确保建筑物地下基坑施工及周边环境的安全性和可靠性，使在基坑开挖和施工期间的变形得到有效控制，保证其不对基坑自身及周边环境造成破坏性的影响，用科学的数据指导基坑信息化施工，保证施工安全。
三、基坑监测项目 为了及时收集、反馈和分析周围环境要素在施工中的变形信息，实现信息化施工并确保施工安全，综合本工程周边环境状况及围护结构和支护体系的特点，遵照设计的相关要求，本工程共进行如下几项基坑监测工作： 1、周边环境监测 A、地下管线变形监测； B、基坑外道路变形监测； C、基坑外地下潜水水位监测； D、基坑外承压水水位监测； E、基坑外土体水平位移（测斜）监测； F、基坑外土体表面变形监测； G、海河堤岸变形（沉降、变形）监测； 2、围护结构监测 A、围护桩桩体水平位移（测斜）监测； B、围护桩桩顶变形（沉降、位移）监测； C、围护桩内、外侧水土压力监测； D、围护桩的竖向钢筋应力监测； 3、支撑体系和立柱监测 A、支撑轴力监测； B、钢格构柱及立柱角钢应力监测； C、立柱位移和沉降监测；
水库大坝表面变形自动化监测新技术 徐忠阳 （索佳公司北京代表处，北京 100004） 一、引言 有关资料标明，我国河川年径流量总量约2780Gm3，水能资源十分丰富，其中理论蕴藏量为676GW，可开发为378GW，为世界第一位。为了充分利用这些水利和水能资源，新中国刚成立时，政府就十分注意兴修水利，造福人类，到目前已建水库堤坝约8.7万座，其中绝大部分（约8万座）建于20世纪50～70年代。但是，由于历史原因，有相当部分水库堤坝未按基本程序办事，是靠群众运动建造的，因此存在工程质量差、安全隐患多的问题。经过几十年的运行，已经到了病险高发期。 水利工程即可以造福人类，如管理不善也会给社会带来惨重灾难和巨大的经济损失。历史上因水库溃坝给下游造成的毁灭性灾难并不鲜见。因此加强水库大坝的安全管理必不可少，其中大坝变形监测就是大坝安全管理的重要内容之一。 二、目前水库大坝变形监测的主要技术手段 目前，在大坝安全监测技术规范中，主要有《土石坝安全监测技术规范》和《混泥土坝安全监测技术规范》。 1、土石坝安全监测技术简介 在《土石坝安全监测技术规范》中，把大坝的变形监测内容分为：表面变形、内部变形、裂缝及接缝、混泥土面板变形及岸坡位移。 大坝表面变形监测主要分为竖向位移监测和水平位移监测。 （1）竖向位移监测的方法主要是精密水准法，或连通管（静力水准）法； （2）水平位移又分为横向（垂直坝轴线）位移和纵向（平行于坝轴线）位移。 a. 横向位移的监测方法主要是视准线法（活动标法、小角法、大气激光准直法等）；有必要且有条件时，可用三角网前方交会法观测增设工作基点（或位移测点）的横向水平位移。 b. 纵向水平位移观测，一般用因钢尺测量，或用普通钢尺加改正系数，有条件时可用光电测距仪测量。 （3）混泥土面板变形及岸坡位移监测的技术方法与大坝表面变形监测基本相同。 2、混泥土坝安全监测技术简介 《混泥土坝安全监测技术规范》规定：变形监测项目主要有坝体变形、裂缝、接缝以及坝基变形、滑坡体及高边坡的位移等。 （1）坝体、坝基、滑坡体及高边坡的水平位移监测 a. 重力坝或支墩坝坝体和坝基水平位移一般采用引张线法、真空激光准直法和垂线法监测。对于短坝，条件有利时也可用视准线法或大气激光准直法。
大坝变形监测施工与观测方法及要求 1.技术标准和规范： 承建工程变形监测仪器设备的检验、率定、埋设安装与施工期观测，应严格执行现行国家行业技术标准和规范，以及设计文件、承包合同要求。应执行的现行国家行业技术标准和规范主要有（但不限于）： （1）《混凝土大坝安全监测技术规范》（SDJ336—89） （2）《土石坝安全监测技术规范》（SL60—94） （3）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—91） （4）《国家三角测量规范》（GB/T17942-2000） （5）《水利水电工程测量规范》（SL197—97） （6）《水利水电工程施工测量规范》（SL52—93） 2.变形监测仪器设备购置、加工： 变形监测仪器设备购置、加工应按照经监理工程师批准的设计图纸、仪器设备清单进行。仪器设备购置、加工前应向监理工程师报送：（1）仪器设备购置、加工计划：（2）仪器设备检验、率定计划。仪器设备运抵施工现场后，应会同监理工程师开箱检查验收，应向仪器设备供应方索取仪器设备出厂合格证，计量检测证。仪器、设备检验合格后应妥善保管。 3.倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标造孔施工与埋设安装： 倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标应在施工部位形成后进行。按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样。钻机就位，应认真进行校正。经校正安装固定的钻机，主轴必须严格垂直，钻孔孔位定位精度须满足设计要求。钻孔施工过程中应每进尺1 m～2m，采用倒垂浮体组配合弹性导中器进行钻孔垂直度检测，以控制钻孔质量，进而指导调整钻孔施工。倒垂孔钻孔垂直度应满足保护管安装埋设完成后，其保护管有效孔径必须在大于100mm。钢管标、钢、铝管双金属标钻孔垂直度应满足保护管安装埋设的要求。 钻孔进尺满足设计要求后，应通知设计、地质、监理工程师，参加钻孔终孔验收，并进行单项工程阶段性验收签证。终孔验收后，及时进行倒垂孔保护管、
1.什么是变形? .什么是变形监测?变形监测的目的是什么?变形监测的意义? 变形监测的主要内容有哪些? 答：变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。 变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。 目的：1、分析和评价建筑物的安全状态。2、验证设计参数。3、反馈设计施工质量。4、研究正常的变形规律和预报变形的方法。 意义：1、对于机械技术设备：则保证设备安全、可靠、高效地运行：为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据。 2、对于滑坡：通过监测其随时间的的变化过程：可进一步研究引起滑坡的成因：预报大的滑坡灾害。 3、通过对矿山由于矿藏开挖引起的实际变形的观测：可以控制开挖量和加固等方法：避免危险性变形的发生：同时可以改进变形预报模型。 4、在地壳构造运动监测方面：主要是大地测量学的任务。但对于近期地壳垂直和水平运动等地球动力学现象、粒子加速器、铁路工程也具有重要的工程意义。 内容：现场巡视、环境量监测、位移监测、渗流监测、应力、应变监测、周边监测。 2.变形监测技术的发展趋势。 答：由于变形监测的特殊要求：一般不允许监测系统中断监测：就要求监测系统能精确、安全、可靠长期而又实时地采集数据：而传统的设备难以满足要求：因此：科研人员在现有自动化监测技术的基础上：有针对性的研发精度高、稳定性好自动化监测仪器和设备。这方面成果有：自动化监测技术、光纤传感检测技术、CT技术的应用、GPS 在变形监测中应用、激光技术的应用、测量机器人技术、渗流热监测技术、安全监控专家系统 3. 变形监测工作有何特点：常用变形监测技术方法有哪些? 答：特点：1、周期性重复观测2、精度要求高3、多种观测技术的综合运用4、监测网着重于研究点位的变化。 测量技术：1、常规大地测量方法。如：三角测量、交会测量、水准测量。2、专门的测量方法。如：视准线、引张线测量方法。3、自动化监测方法。4、摄影测量方法。5、GPS等新技术的应用。 4. GPS用于变形测量有何优点? 答：速度快、全天候观测、测点间无需通视、自动化程度高：能进行同步变形监测：并实现了数据采集、传输、处理、分析、显示、存储等：测量精度可达到亚毫米级。6.变形观测中观测精度是如何确定的? 变形观测中确定观测周期的原则： 答：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十分之一~二十分之一：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小得多。当存在多个变形监测精度要求时：应根据其最高精度选择相应的精度等级：当要求精度低于规范最低精度要求时：宜采用规范中规定的最低精度。变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则：根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 7.为什么要对变形监测资料进行检核?检核的方法有哪些? 答：资料分析工作必须以准确可靠的的监测资料为基础：在计算分析之前：必须对实测资料进行校核检验：对监测系统和原始资料进行考证。这样才能得到正确的分析成果：发挥监测资料应有的作用。 校核方法：任意观测元素：如高差、方向值、偏离值。倾斜值等/：在野外观测中均具有本身的观测校核方法：可参考有关的规范要求。进一步校核是在室内所进行的工作：具体有：1、校核各项原始记录检查各次变形值的计算是否有误。可通过不同方法的验算、不同人员的重复计算来消除监测资料中可能带有的错误。2、原始资料的统计分析。可采用统计方法进行粗差检验。3、原始实测值的逻辑分析。根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性。 8.如何用一元线性回归分析法对变形资料进行检核? 答：1、利用式求得变量y和x的相关系数：查阅相关系数的临界值表：判断y和x线性相关是否密切。2、利用式na+[x]b-[y]=0[x]a+[xx]b-[xy]=0 (n：观测值的个数、[]：求和计算：求回归方程=a+bx的回归系数a,b,建立回归方程。3、在回归直线两侧根据2s画两条平行线：检查新的变形值是否出现在这两条直线所夹的区间内：当观测值超出这一区间时：应作专门分析。 9.变形观测资料整理的主要内容包括哪些?成果表达的形式有哪些? 答：内容：1、收集资料：如工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等。2、审核资料：如检查收集的资料是否齐全：审查数据是否有误或精度是否符合要求：对间接资料进行转换计算：对各种需要修正的资料进行计算修正：审查平时分析的结论性意见是否合理等。3、填表和绘图：将审核过的数据资料分类填入成果统计表：绘制各种过程线、相关线、等值线图等：按一定顺序进行编排。 4、编写整理成果说明：如工程或其他观测对象情况、观测工作情况、观测成果说明等。 成果：文字、表格、图形：也可采用现代科技如多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术进行表达。变形监测、分析、预报的技术报告和总结是最重要的成果。 13.工程建筑物变形的原因是什么?工程建筑物变形监测的内容及意义是什么? 答：原因：建筑的自重、使用中的动载荷、振动或风力因素引起的附加载荷、地下水位的升降、地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。 内容：1、垂直位移监测2、水平位移监测3、倾斜观测4、裂缝观测5、挠度观测6、摆动和转动观测 意义：1、掌握建筑物的稳定性：为安全运行诊断提供必要的信息：以便及时发现问题并采取措施。2、理解变形的
第1章变形监测概述 一、什么是工程建筑物的变形？对工程建筑物进行变形监测的意义何在？ 工程建筑物的变形：由于各种相关因素的影响，工程建筑物及精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。 变形监测：利用专门的仪器和设备测定建（构）筑物及其地基在建（构）筑物荷载和外力作用下随时间而变形的测量工作。 内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等； 外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。 意义：通过变形监测，可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性，及时发现问题，确保工程质量和使用安全； 更好地了解建（构）筑物变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的变形预报理论和方法； 以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。 二、工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？ 原因：(1) 自然条件及其变化：建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。 (2) 与建筑物本身相联系的原因：如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。 (3) 由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。 分类：(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形 三、变形监测的主要任务和目的？ 任务：是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。 目的：(1)监测——以保证建（构）筑物的安全为目的，通过变形观测取得的资料，可以监视工程建筑物的变形的空间状态和时间特性；在发生不正常现象时，可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。（变形的几何分析） (2)科研——以积累资料、优化设计为目的，通过施工和运营期间对建筑物的观测，分析研究其资料，可以验证设计理论，所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。（变形的物理解释） 四、高层建筑的主要变形特点？ （1）基础较深，需进行基坑回弹测量（2）沉降量较大，需进行沉降观测（3）楼体高力矩大，需进行倾斜观测（4）风荷载大，需进行风振测量（5）墙体温差大，需进行日照变形观测 五、制约变形监测质量的主要因素有哪些？ （1）观测点的布置；（2）观测的精度与频率；（3）观测所进行的时间。 六、确定变形监测精度的目的和原则？ 变形监测的精度，取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，因其与观测条件和待测建（构）筑物的类型以及观测的目的相关。 七、确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？应遵循什么原则？ （一）因素:观测的频率取决于变形值的大小和变形速度，同时与观测目的也有关系。（二）原则: 1.变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程，又不遗漏其变化的时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。
针对目前变形监测项目应符合以下规范要求 基坑开挖对临近轻轨高架结构的影响主要集中在以下方面：一是坑外土体的位移；二是既有高架桥与基坑相对位置的关系；三是轻轨高架上下部的结构关系；四是轻轨高架的结构基础和埋深情况。五是轻轨高架自身的结构自重和轻轨高架中动载荷的控制与变化情况等。基坑周边轻轨高架在基坑开挖中的变形情况是复杂的，变形的原因是多元的，变形的效果是动态的。在实践工程中，基坑开挖将要造成土体的不均匀沉降和水平方向的位移，不仅要做好岩土工程计算，制定可行性基坑开挖方案，同时还要做好变形监测工作，防止各种因素对轻轨高架桥产生的影响。对于建筑基坑施工对周边轻轨高架的变形影响，高程和平面控制可参考规范二级要求。 变形监测应设置平面和高程基准点，要求设置在变形区域以外，位置稳定、易于长期保存的地方，并应定期复测。复测周期应视基准点所在位置的情况而定，在建筑基坑施工过程中宜1~2月复测一次，点位稳定后宜每季度或每半年复测一次。 1、沉降观测的高程基准点不应少于3个，应与工作基点形成闭合环或附合线路。高程基准点和工作基点布设应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器震动区以及其他可能使标石、标志易遭腐蚀或破坏的地方，其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2倍。当使用静力水准测量方法测量沉降时，用于联测观测点的工作基点宜与沉降观测点设在同一高程面上，偏差不应超过±1cm。不能满足这一要求时，应设置上下高程不同但位置垂直对应的辅助
点传递高程。实际工作中采用精度不低于1mm级水准仪配合铟瓦尺或条码尺进行水准测量，观测方式其中高程控制测量、工作基点联测及首次观测值应采用往返测或单程双测站法，其他各次沉降观测点可采用单程观测或单程双测站法。起始点高程宜采用测区原有高程系统。较小规模的监测项目可假定高程系统，较大规模的项目宜与国家水准网联测。二级水准视线长度应≤50m，前后视距差≤2.0m，前后视距差累积≤3.0m，视线高度（下丝）≥0.3m。用数字水准仪观测时最短视线长度不宜小于3m，最低水平视线高度不应低于0.6m。限差要求往返较差及附合或环线闭合差≤1.0√n（mm），单程双测站所测高差较差≤0.7√n（mm），检测已测段高差之差≤1.5√n（mm）。ｎ为测站数。用于运营阶段的结构、轨道和道床的垂直沉降监测点高程中误差±0.5mm,相邻监测点高程中误差±0.3mm。同一项目在不同周期进行变形监测应采用相同的观测路线和观测方法，使用相同的仪器和设备，并应固定观测人员。首次观测应独立观测2次取平均值作为初始值。监测频率可按照设计要求结合基坑施工进度进行拟定，当发生较大沉降时可加密监测频率；连续一个月沉降趋势趋于稳定状态（无沉降差，纯属仪器误差）的情况下，可要求减少监测频率。在项目开始前和结束后应对使用的水准仪、水准标尺进行检验，二级水准观测仪器ｉ角不得大于１５”。水准仪i角的测定办法，如图所示：
变形监测的若干新技术 秦滔 摘要：主要介绍了光纤监测技术、卫星合成孔径雷达差分干涉测量技术及GPS 伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用，同时分析了使用这些新技术的优势和应用前景。 关键词：变形监测 GPS伪卫星组合定位 光纤监测合成孔径雷达差分干涉测量 Abstract:Mainly introduce the fiber-optic monitoring technology, D-InSAR and integration of GPS and Pseudolite positioning technology in the application of deformation monitoring, and analysis of the use of the advantages of these new technologies and applications. Keywords: deformation monitoring integration of GPS and Pseudolite positioning fiber-optic monitoring D-InSAR 1 引言 我国的变形监测工作起步于20世纪50年代，经过半个世纪的发展，形成了完成的理论体系和技术方法。尤其近20年来，许多大型工程开工建设，各种先进的仪器设备飞速发展，变形监测工作也取得了很大的进步。 早期的变形监测，主要采用精密的光学测量仪器进行观测，例如精密水准测量、经纬仪、垂线及视准线等。随着电子仪器的发展，应变计、无应力计、测缝计、钢筋计、测压计、渗压计等广泛应用于变形监测中。另外，用于监测环境量的电子温度计、水位计等也开始使用。电子计算机的广泛应用和发展，促使变形监测工作提高效率，走向自动化、智能化之路，尤其是全站仪、GPS等先进仪器出现，计算机技术不断发展，数据处理技术不断优化，变形监测工作走上了数据采集、传输、存储、处理自动化的道路。 近年来，变形监测工作中又出现了若干新的技术方法，这些新技术拥有广阔的应用前景，本文主要介绍以光纤传感器为基础的光纤监测技术、以卫星合成孔径雷达为基础的差分干涉测量技术（D-InSAR）及以GPS伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用。 2 光纤监测技术 光纤技术是一种集光学、电子学为一体的新兴技术，其核心技术是光纤传感
边坡挡墙变形监测新技术研究 2 摘要：三维激光扫描技术的出现，为边坡挡墙变形监测提供了新的监测手段，本文选用在测量领域中使用较广的脉冲式扫描仪，以监测某立交桥的边坡挡墙变形为实例，进行了点云数据采集。根据边坡挡墙变形监测的特点及数据处理的要求，使用机带软件RIEGLVZ-1000进行了点云数据预处理之后，再引入第三方点云处理软件GeomagicStudio和GeomagicQualify,进行了数据处理及变形分析。通过研究，提出了基于三维激光扫描技术的边坡挡墙变形监测新方法。 关键词：三维激光扫描；挡墙；变形监测；点云数据 Abstract: The emergence of three - dimensional laser scanning technology provides a new means to monitor deformation of slope and retaining wall. The paper uses the pulsed scanner which is widely used in measurement, we scan a slope and retaining wall of a bridge which is taking as an example and collect the point cloud data. According to the characteristics and requirements of the slope and retaining wall data processing, we use the RIEGL VZ - 1000 which comes with the machine to finish point cloud data preprocessing, use the third - party point cloud processing software Geomagic Studio and Geomagic Qualify to process data and analysis deformation. After the research, we presented a new method to monitor deformation of slope and retaining wall based on 3D laser scanning technology. Key words:3D laser scanning; slope and retaining wall; deformation monitoring; point cloud data 引言 我国是世界上自然灾害频发的国家之一，而滑坡灾害在我国的自然灾害中占
第1章变形监测概述一、什么是工程建筑物的变形？对工程建筑物进行变形监测的意义何在？ 工程建筑物的变形：由于各种相关因素的影响，工程建筑物及精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。 变形监测：利用专门的仪器和设备测定建（构）筑物及其地基在建（构）筑物荷载和外力作用下随时间而变形的测量工作。 内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等； 外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。 意义：通过变形监测，可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性，及时发现问题，确保工程质量和使用安全； 更好地了解建（构）筑物变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的变形预报理论和方法； 以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。 二、工程建筑物产生变形的主要原因，及变形的分类？ 原因：(1) 自然条件及其变化：建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。 (2) 与建筑物本身相联系的原因：如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。 (3) 由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。分类：(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形 三、变形监测的主要任务和目的？ 任务：是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。 目的：(1)监测——以保证建（构）筑物的安全为目的，通过变形观测取得的资料，可以监视工程建筑物的变形的空间状态和时间特性；在发生不正常现象时，可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。（变形的几何分析） (2)科研——以积累资料、优化设计为目的，通过施工和运营期间对建筑物的观测，分析研究其资料，可以验证设计理论，所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。（变形的物理解释） 四、高层建筑的主要变形特点？ （1）基础较深，需进行基坑回弹测量（2）沉降量较大，需进行沉降观测（3）楼体高力矩大，需进行倾斜观测（4）风荷载大，需进行风振测量（5）墙体温差大，需进行日照变形观测五、制约变形监测质量的主要因素有哪些？ （1）观测点的布置；（2）观测的精度与频率；（3）观测所进行的时间。 六、确定变形监测精度的目的和原则？ 变形监测的精度，取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，因其与观测条件和待测建（构）筑物的类型以及观测的目的相关。 七、确定变形监测的频率主要由哪些因素决定？应遵循什么原则？ （一）因素:观测的频率取决于变形值的大小和变形速度，同时与观测目的也有关系。 （二）原则: 1.变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程，又不遗漏其变化的时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。 2.当实际观测中发现异常情况时，则应及时相应地增加观测次数。 八、简述变形监测的主要技术和数据处理分析的主要内容。
测绘第35卷第1期2012年2月 13 变形监测技术在桥梁监测中的应用 董学智1 李胜1 李爱民2 （1．四川省第三测绘工程院，四川 成都 610500 ；2．广州博瑞测绘技术有限公司，广东 广州 510430） [摘要] 变形监测是工程测量的重要研究内容，它可以分析和评价建筑物或工程设施的安全状态，研究变形规 律及预报变形，是一种重要的测量监测手段。本文通过对某高速公路的桥梁沉降监测和承台水平位移监测，探 究了在桥梁监测中变形监测的实施方法及数据分析与处理模式，分析了桥梁变形的规律，为桥梁养护提供准确 的监测意见及报告。 [关键词] 变形监测；桥梁监测；数据处理 [中图分类号] P258 [文献标识码] A [文章编号] 1674-5019（2012）01-0013-03 Deformation Monitoring on the Application of Bridge Monitor DONG Xue-zhi1 LI Sheng1 LI Ai-min2 Abstract: Deformation monitoring is an important content of project surveying. It can analysis and evaluate the safe status of buildings or engineering facilities, and find the deformation law for the forecast, which is an important measurement for monitoring. This article through monitoring the subsidence and horizontal displacement of bridges along the other Expressway, to explore the method of deformation monitoring, data analysis with special model, analysis the deformation law of bridges, for bridge maintenance based on the accurate monitoring reports. Key words: Deformation monitoring; Bridge monitor; Data processing 1 引言 近年来，随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构和形势日趋复杂，规模也越来越大，桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，对其进行变形监测也就显得尤为重要。 变形监测是对被监测的对象或物体进行测量，以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。其主要意义是分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形[1]。桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测，其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测，并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。 本应用研究通过对广深高速公路的桥梁沉降和水平位移监测，探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用，通过合适的数据处理方法，分析和总结桥梁变形的规律，为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。 2 桥梁变形监测实施原理 变形监测的主要目的是确切地反映建筑物、构筑物的实际变形程度或变形趋势，并以此作为确定作业方法和检验成果质量的基本要求。在桥梁变形监测中，主要包括桥梁沉降监测及承台水平位移监测。地面沉降是一种普遍而又日趋显著的地质现象，是区域性地面高程下降的一种环境地质变化[2]，反映在桥梁监测中主要是桥梁沉降监测。同时，还需要考虑承台在水平方向上的位移，以此来整体把握桥梁的变形方向及程度。 根据不同的测量要求和规范，桥梁变形测量的等级及精度要求也各不相同。在实际的工程监测中，需要根据不同的规范要求实施监测。 2.1 桥面沉降监测 桥面沉降监测主要是监测桥梁在垂直方向上的变形。在沉降观测中，需要始终遵循“五定原则”，即基准点、工作基点、观测点点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测环境条件要一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定[3]。 桥面沉降监测的主要内容包括：沉降观测点布设及网的测量、沉降监测、跨河桥沉降观测等。沉降观测网一般采用闭合水准路线或附合水准路线，用高精度数字水准以进行观测。而对于跨河桥沉降观测，由于桥墩在河中时，观测采用闭合水准测量。
隧道变形监测方案 1、目的 为明确隧道内变形观测的作业内容，规范技术细节及作业程序，总结隧道结构变形规律，为隧道结构维修养护提供依据，指导津滨轻轨隧道变形观测工作进行，从而保证行车安全，特制订本预案。 2、适用范围 2.1适用于津滨轻轨隧道变形观测的相关工作； 2.2线桥室从事变形观测的相关工作人员须依据本方案开展各项变形观测工作。 3、职责分工 隧道变形工作由线桥室主任及安技主管进行监督指导，桥梁维修主管负责变形观测工作的全面管理与协调，桥梁检测工程师协同隧道工程师、桥梁维修工程师负责隧道变形观测的相关技术工作，并由桥隧检测工区负责具体实施。 4、参考依据 《建筑变形测量规程》 《地下铁道、轨道交通工程测量规范》 《地下铁道工程施工及验收规范》 5、变形观测工作内容 5.1隧道沉降观测 监测隧道结构的沉降，主要是监测隧道结构的底板沉降，实质上是对道床的监测，主要包括区间隧道的沉降监测以及隧道与地下车站交接处的沉降差异监测。运营测量采用的坐标系统、高程系统、图式等与原施工测量相同。 5.1.1监测基准网 监测基准网是隧道沉降监测的参考系，由水准基点和工作基点构成，网形布设成附合水准路线或沿上、下行线隧道布设成结点水准路线形式，采用国家二等水准测量的观测标准进行。水准基点采用隧道线路两端远离测区的国家II等水准点，在沿线车站内和联络通道处布设工作基点，每个车站布设4个工作基点，联络通道处布设2个工作基点，水准基点与车站内、联络通道处工作基点共同构成监测基准网，如图1所示。基准网的高程值由国家水准点引入，每季度校核一
次，分析工作基点的稳定性；然后，再通过车站内两侧的工作基点，采用附合水准路线对每段隧道结构进行沉降观测。 图1 监测基准网示意图 5.1.2沉降监测点 津滨轻轨地下结构由明挖段和盾构组成，明挖段沉降监测点按施工浇筑段每段设4个点，分别布设在左右两侧墙上。具体布置见图2。 图2 明挖段沉降监测点布置示意图 为方便以后长期的位移监测工作，隧道内沉降监测点布设在隧道中线的道床上，隧道直线段每隔30m设一个测点，曲线处根据曲线半径大小设置测点间距，半径为400m曲线处每隔12m设一个测点，半径为800m曲线处每隔18m设一个测点，半径为2000m曲线处每隔30m设一个测点。具体布置见图3。
变形监测定义 是指对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置几内部形态随时间的变化特征。 变形监测的目的 1）分析和评价建筑物的安全状态 2）验证设计参数 3）反馈设计施工 4）研究正常的变形监测规律和预报变形的方法 变形监测的意义 对于机械技术设备，则保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品的 设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡 的成因，预报大的滑坡灾害；通过对矿山由于矿藏开挖所引起的实际变形观测，可以采 用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可以改变变形预报模型；在 地壳构造运动监测方面，主要是大地测量学的任务，但对于近期地壳垂直和水平运动以 及断裂带的应力积聚等地球动力学现象、大型特种精密工程以及铁路工程也具有重要的 意义。 变形监测的特点 1）周期性重复观测 2）精度要求高 3)多种观测技术的综合应用 4）监测网着重于研究 电位的变化 变形监测的主要内容 现场巡视；环境监测；位移监测；渗流监测；应力、应变监测；周边监测 变形监测的精度和周期如何确定，有何依据 精度：1917年国际测量工作者联合会（ FIG）第十三届会议上工程测量组提出：如果观 测的目的是为了使变形值不超过某一允许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 误差应比这个数小的多。 周期：变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原 则，根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 变形监测系统设计的原则 1）针对性 2）完整性 3）先进性 4）可靠性 5）经济性 变形监测系统设计主要内容 1）技术设计书 2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述3）观测的原则方案 4）控制点及监测点的布置方案 5）测量的必要精度论证 6）测量的方法及仪器 7）成果的整理方法及其它要求或建议 8）观测进度计划表 9）观测人员的编制及预算 变形监测点的分类及每类要求 1）基准点：埋设再稳固的基岩上或变形区外，尽可能长期保存。每个工程一般应建立 3个基准点，以便相互校核，确保坐标系统的一致。当确认基准点稳定可靠时，也可以 少于 3个，应进行定期观测。 2）工作点：埋设再被研究对象附近，要求在观测期间保 持点位的稳定，其点位由基准点定期监测。 3）变形观测点：埋设再建筑物内部， 0变形呢监测点标石埋设后，应在其稳定后方可开始观测。稳定期一般不宜少于 15天。 变行监测技术在哪几方面取得了较好的发展？ ①自动化监测技术②光纤传感检测技术③ CT（计算机层析成像）技术的应用④ GPS在变形监中的应用⑤激光技术的应用⑥测量机器人技术⑦渗流热监测技术⑧安全监控专家 系统 什么是垂直位移和沉降？建筑物沉降与哪些因素有关？
一、名词解释 1.变形：变形是指变形体在各种载荷的作用下，其形状大小及位置在时空域中的变化 2 变形监测：从基准点出发，定期地测量观测点相对于基准点的变化量，从历次观测结果比 较中了解变形随时间发展的情况。 3 测量机器人：是一种能代替人进行自动搜索跟踪辨识和精确照准目标并获取角度距离三维 坐标以及影响等信息的智能型电子全站仪。 4 基坑回弹观测：深埋大型基础在基坑开挖后，由于基坑上面的荷重卸除，基坑底面隆起， 测定基坑开挖后的回弹量。 5 连续变形：当地表移动过程在时间和空间上具有连续渐变的性质，且不出现台阶状大裂缝， 漏斗塌陷坑等突变现象 6 边界角：在主断面上，地表盆地边界点和采区边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的锐角 7 下沉系数：反映充分采动条件下地表最大下沉值与采厚关系的一个量度 8 测点观测：观测点相对工作基点的变形观测 9 变形网：由基点和工作基点组成的网 10 垂直位移：变形体在垂直方向上的变形（沉降沉陷） 11 观测点：在变形体上具有代表性的点。 12 变形分析：对野外观测所得到的数据进行科学的整理分析，找出真正变形信息和规律的 过程。 13 水平位移：变形体在水平面上的位移，是不同时间内平面方向与距离方向，建筑物的 水平位移是指建筑物的整体平面移动。产生水平位移的原因主要是建筑物及其基础受到水平应力的影响而产生的地基的水平移动 14.基点观测：工作基点相对于基点的变形观测。3．基准点：通常埋设在稳固的基岩上或 变形区域以外 15．挠度：建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直 方向的线位移称为挠度。 16．变形观测周期：变形监测的时间间隔称为观测周期，即在一定的时间内完成一个 周期的测量工作 17、液体静力水准：利用相互连通的且静力平衡时的液面进行高程传递的测量方法 18、奇异值：与前面变形规律不同，但不一定是错误的观测值，所以接受 19、回归分析：从数理统计的理论出发，对建筑物的变形量与各种作用因素的关系，在进行 了大量的实验和观测后，仍然有可能寻找出它们之间的一定的规律性，这种处理变形监测资料的方法即叫回归分析 三、简答题 1、简述灾害的表现形式有哪些？ 全球性的地极移动、地壳的板块运动及区域性的地震、城市地表下沉、矿区采空区的地表沉陷、山体、河岸及矿坑边帮的滑坡、建筑物基础下沉、倾斜、建筑物墙体的裂缝及构件挠曲等都是变形的表现形式。 2、简述变形监测技术的未来方向包括哪几个方面？
水利工程变形监测技术探析 发表时间：2018-11-16T19:19:20.090Z 来源：《基层建设》2018年第30期作者：张华伟 [导读] 摘要：水利工程监测与水利工程建设的质量等级、安全性能、使用功能以及工程整体构造有着直接的联系，其作为技术性和专业性较强的学科，对水利工程项目建设具有重要作用。 单县水务局山东单县 274300 摘要：水利工程监测与水利工程建设的质量等级、安全性能、使用功能以及工程整体构造有着直接的联系，其作为技术性和专业性较强的学科，对水利工程项目建设具有重要作用。水利工程建设监测是水利工程建设的重要环节，而合理运用监测技术是保障水利工程监测质量的关键。基于此，本文阐述了水利工程变形监测的精度及其周期以及水利工程变形监测中的监测点，对水利工程变形监测技术进行了探讨分析。 关键词：水利工程；变形监测；精度；周期；监测点；监测技术 一、水利工程变形监测的精度及其周期分析 水利工程变形监测的精度及其周期主要体现在：（1）水利工程变形监测精度分析。在编制变形监测方案的同时，要对水利工程变形监测的精度作出明确的要求，特别是对于大规模水利工程，一般都要求其变形监测精度达到变形监测方案要求的最高上限。现有的变形监测仪器技术先进，而且价格合理，在整个水利工程施工中，占有的费用比率不高，所以水利工程变形监测对精度要求也很高。（2）水利工程变形监测的周期。变形监测周期简单上理解就是两个监测时间的间隔。这个间隔时间就是变形监测的周期。要求水利工程变形监测在此周期中要进行一次变形监测。变形监测周期与水利工程的大小及观测点的重要性有关。现行的变形监测周期都是根据测算出来建筑变形的速度来设定，要求变形监测的过程要快，以免外界因素造成变形观测点的不稳定。 二、水利工程变形监测中的监测点分析 水利工程变形监测中的监测点主要表现为：（1）基准点变形监测分析。水利工程中基本的控制点的监测就是基准点的变形监测，基准点的变形监测为工作点和变形处观测点的变形监测提供了基础数据支持。变形监测的基准点的选取，一般是选择在其他两种变形监测点以外，且能长期保证测量数据的稳定性的岩石上。为了变形监测数据的准确性和科学性，水利施工过程中，基准点的选取一般在三个或三个以上。在沉降位移的变形监测中，技术人员一般会以几个变形监测基准点为一组的形式放置监测点，这样就可以保证监测数据的稳定性和科学性，监测方法会采用精密的水准测量方法进行基准点的变形监测；在水平位移的变形监测中，技术人员一般会采用几何图形中结构比较坚固的三角形监测法进行水平位移的变形监测。（2）工作点变形监测分析。水利工程中的工作点又会被叫做工作基点，它的作用是联系水利工程中的基准点和水利工程变形处观测点。工作点的选择就会比较随意一些，它会被安放在需要被监测变形的地方，由基准点的变形监测数据来评估工作点变形监测的数据，然后对两组数据加以分析，确定此工作点是否为变形点。对于监测项目较少且工程规模较小的水利工程，可以不设置工作点变形监测。（3）变形处观测点的变形监测。对于水利工程变形处观测点的设置则较为直接，直接设定在需要监测的水工建筑上，最好是设定在最能反映变形建筑的特性的位置，这样得到的变形监测数据，较为准确。 三、水利工程变形监测技术的分析 1、水平位移的变形监测技术分析。水平位移的变形监测技术就是对建筑物进行水平方向上的变形监测。其监测的主要数据支持是建筑物基础受到的水平方向的应力，这种水平方向上受到的应力，可能是建筑物主体就处在一个相对不稳定的地质构造上，或者受到了其他因素的影响而产生水平位移。水平位移的变形监测有四种普遍方法，第一种方法为大地测量的方法；第二种是基准线测量的方法；第三种是专用测量的方法；最后一种为GPS自动化测量的方法。这四种测量方法的原理也不相同。第一种测量方法的测量原理为利用传统测量工具及方法进行建筑物的水平位移变形监测；第二种测量方法原理为利用水利工程施工中的各种不同的基准线，进行建筑物的水平位移变形监测；第三种测量方法的测量原理为利用传感设备进行建筑物的水平位移变形监测；第四种测量方法的测量原理为利用GPS设备，全天无间断的进行建筑物的水平位移变形监测。 2、垂直位移的变形监测技术分析。垂直位移的变形监测技术就是对建筑物进行垂直方向上的变形监测。一般由于不是很均匀的垂直方向上的位移，会让建筑物产生裂缝。这种监测异常，很可能就是建筑物基础或局部破坏的前奏，因此，垂直位移的变形监测是非常必要的。在进行垂直位移变形监测时，第一步要监测工作基点的稳定程度，在此基础上再进行垂直位移的变形监测。现有的水利工程用的垂直位移变形监测方法有三种，第一种是几何水准测量的方法，第二种是三角高程测量的方法，最后一种为液体静力水准的测量方法。这三种测量方法原理不一样，第一种测量方法的原理为水准仪器在水准基点处就开始进行变形监测，利用高程原理，通过测量到各个变形监测点的高程变化量，来确定建筑的垂直位移变形情况；第二种测量方法是利用三角高程的理论来进行变形监测点的测量，此方法，普遍用于有较大高度差异的建筑工程施工中；第三种测量方法是利用物理学中连通的原理来测量各个变形观察点在容器内的高度差异，这种测量方法普遍适用于混凝土结构的垂直位移的变量监测。三种方法测量出来的数据可以进行相互比照。 3、挠度监测的变形监测技术分析。挠度监测的变形监测技术是对建筑物受到外力后的物理挠度曲线进行变形监测。挠度监测一般采用垂直放线的原理进行变形监测，还可使用先进的电子传感装置进行监测，这样的监测结果更为科学，准确。 4、转动角监测的变形监测技术分析。转动角监测的变形观测技术是通过计算建筑物的倾斜角度的变化值，来确定其转动角，进而确定建筑物的水平位移变形监测。如果建筑物存在转动角度的变化，说明此建筑物正在不同程度的进行不均匀的沉降运动。这种转动角监测的变形监测技术，可通过高精设备进行监测。 5、裂缝监测的变形监测技术分析。对建（构）筑物产生的裂缝进行位置、长度、宽度、深度和错距等的定期观测。对于水利工程中的土工建筑物表面裂缝，可对全部裂缝或若干主要裂缝区的裂缝进行观测。在观测范围内，以土石坝、土堤等建筑物的轴线为基准线，可按堤坝桩号和距轴线的距离，画出坐标方格，然后采取逐格量测缝的分布位置和沿走向的长度，裂缝宽度可在两侧设带钉头的小木桩作标点进行量测。裂缝错距可作刻度尺直接量测。裂缝深度可选定若干适当位置，进行坑探、槽探或井探，探测前，最好从缝口灌入石灰水，以便观察缝迹。对于水利工程中的混凝土建筑物表面裂缝，裂缝分布位置和长度可仿照土工建筑物的量测办法进行量测。裂缝深度除可用细铁丝等简易办法探测外，常采用超声波探伤仪进行探测，也可采取逐步钻孔进行压气或压水试验办法探测。裂缝宽度除可用读数放大镜直接观测外，常在缝两侧设金属标点，用游标卡尺量测或将差动式电阻测缝计的两端分别固定在缝的两侧，用电阻比电桥或其他检测仪器观测或自动遥测。贯穿性裂缝的错距可在缝的两侧设三向测缝标点进行三个方向的量测。对于大体积混凝土内部或表面预计可能发生裂缝的