现代变形监测技术1.ppt

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1、现代变形监测技术 任课教师 高飞 合肥工业大学土木与水利工程学院 土木工程专业 现代变形监测技术 课程性质 土木工程专业选修课学时数 24学时教材及主要参考书1 工程测量学 第三版 测绘出版社2 工程测量学 张正禄 武汉大学出版社3 变形监测与数据处理 黄声享 武汉大学出版社4 变形监测理论与应用 侯建国 测绘出版社5 建 构 筑物变形监测 高飞 合肥工大讲义 第一章变形监测概述第二章垂直位移与水平位移观测第三章变形监测新技术与工程实例第四章变形监测数据处理基础 本课程主要内容 现代变形监测技术 1 1变形测量的意义 目的和内容 1 2变形监测的特点 1 3变形监测技术和方法 1 4变形监测数

2、据分析 第1章变形监测概述 现代变形监测技术 1 1变形测量的意义 目的和内容 一 变形与变形监测工程建 构 筑物的变形监测 在我国还是一门比较年轻的科学 它是随着我国建设事业的发展而兴起的 并向着多学科融合的边缘科学方向发展 高层 超高层 民用建筑物 大型水工建筑物 大坝 交通建 构 筑物 大型桥梁 工业建筑群 如上海宝钢 核电站等 现代科学试验设备 高科技 现代变形监测技术 例如 上海金贸大厦 高420 5m 88层 深圳地王大厦 高324 8m 大型电视塔 北京 上海 天津等 上海环球金融中心 101层 高度达492m 高层 超高层 民用建筑物 现代变形监测技术 上海金贸大厦 高420

3、5m88层钢 混结构建成于1998年 现代变形监测技术 深圳地王大厦 高324 8m 塔顶高384m 69层钢 混结构建成于1996年 现代变形监测技术 高380m 天线顶部405m 建成于1997年 北京中央广播电视塔 现代变形监测技术 1 阿拉伯联合酋长国 迪拜塔828米2 广州电视塔600米 3 加拿大多伦多电视塔为553米 4 莫斯科奥斯坦基诺电视塔为540米 5 上海东方明珠电视塔为468米 6 吉隆坡梅纳拉电视塔为421米 7 天津电视塔为415米 8 北京中央广播电视塔为405米 世界八大高塔 现代变形监测技术 哈利法塔 BurjKhalifaTower 原名迪拜塔 BurjDu

4、bai 位于阿拉伯联合酋长国 2004年9月21日开始动工 2010年1月4日竣工启用 耗资10亿美元 168层 钢混结构总高828米 601 227米 阿拉伯联合酋长国 迪拜塔 于2009年9月竣工 广州电视观光塔整体高度达到600米 取代加拿大的西恩塔成为世界第一高自立式电视塔 其中塔身主体450米 塔顶观光平台最高处454米 天线桅杆150米 总高度600米 广州塔 小蛮腰 上海广播电视塔 东方明珠 总高度468米 118米 350米 建成于1994年10月 上海环球金融中心 高492m 101层钢 混结构2008年建成 武汉长江大桥 南京长江大桥 1957 1968 九江长江大桥 润扬

5、长江大桥 芜湖长江大桥 安徽省芜湖市的芜湖长江大桥 全长10616米 是目前中国最长的公铁两用桥 跨江主桥长2193米 大桥主跨312米 是我国迄今为止公铁两用桥中跨度最大的桥梁 铜陵长江大桥 安庆长江大桥 马鞍山长江大桥 马鞍山长江大桥全长约36 274公里 其中跨江主体工程长11 209公里 南岸接线长19 320公里 北岸接线5 745公里 项目总投资约70 78亿元 2013年12月31日投入使用 万里长江第一坝 葛洲坝 葛洲坝发电厂房与泄洪闸 长江三峡水电枢纽 三峡大坝全景 三峡大坝施工现场 长江三峡水电枢纽 三峡大坝卫星影像图 安徽佛子岭水电大坝 新中国第一坝 始建于1952年建成

6、于1954年 2005年国家投资1 66亿对其进行检测加固 安徽金寨梅山水电大坝 利用全自动全站仪进行大坝监测 利用近景摄影测量方法进行大坝监测 浙江秦山核电站 北京正负电子对撞机 中国科技大学同步辐射加速器 中科院合肥等离子研究所 托特马克装置 用于等离子研究的核聚变装置 巨型对天射电望远镜 1963年美国安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜 直径305米 当变形值在一定限度之内时 可认为是正常现象 如果超过了规定的限度 就会影响建筑物的正常使用 严重时还会危及建筑物的安全和人民生命财产的安全 因此 在工程建 构 筑物的施工 使用和运营期间 必须对它们进行必要的变形监测

7、一 变形与变形监测 变形由于各种相关因素的影响 这些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 1 1变形测量的意义 目的和内容 变形监测 包括内部监测和外部监测两部分 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 工程建筑物的内外部变形观测之间有着密切的联系 一般应同时进行 以便互相验证和补充 一 变形与变形监测 所谓变形监测 就是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

8、和外力作用下随时间而变形的测量工作 一 变形与变形监测 从广义上说 变形监测的研究范围应包括 1 全球性变形测量 研究地极移动 地球自转速度以及地壳板块运动等变形测量工作 2 区域性变形测量 研究同一地壳板块范围内的变形状态 以及相邻板块交界处的相对变形测量工作 3 局部性变形测量 研究工程建 构 筑物的变形 基坑或山体滑坡变形 地表沉陷变形 以及工业设备构件的形位变形监测等 是本课程学习的重点内容 二 变形产生的原因与类型1 变形产生的原因 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 例如 由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉降 使其

9、产生倾斜或裂缝 由于温度和地下水位的季节性和周期性的变化 而引起建筑物的规律性变形 新建的相邻大型建筑物改变了原有建筑物周边的土壤平衡 使地面产生不均匀沉降甚至出现地面裂缝 从而给原有建筑物造成危害等 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 二 变形产生的原因与类型1 变形产生的原因 1 自然条件及其变化 地质 水文 气象 相邻建筑物的影响 2 与建筑物本身相联系的原因 结构形式 本身荷重 动态荷载 此外 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 通常 这些大型建 构 筑物变形的原因都是互相联系的

10、并贯穿于建 构 筑物的施工和运营管理阶段 二 变形产生的原因与类型2 变形的类型 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 静态变形 是指变形监测结果仅表示为时间的函数 动态变形是指在外力作用下产生的变形 它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化 其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形 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 三 变形监测的主要任务 至于变形观测的具体方法 则要根据建 构 筑物的性质 观测精度 周围的环境以及对观测的要求来选定 这将在以后各章节中详

11、细介绍 1 1变形测量的意义 目的和内容 四 变形监测的目的和意义 一 变形监测的意义 根据前面的分析可知 建 构 筑物产生变形的因素是多方面的 而且多数变形由客观自然条件及其变化所造成 因此建 构 筑物产生变形是不可避免的 当建筑物在施工和运营理过程中 产生不利于建筑物稳定的变化因素时 变形就必然要发生 当变形值超过允许的限值 建筑物就可能出现危险甚至破坏 给人民的生命财产造成极大的损失 1 1变形测量的意义 目的和内容 1 国外出现的典型实例 1 法国马尔巴塞大坝 Malpasset 这座高67m的拱坝建成5年后 于1959年12月倒塌 其下游10km处的费雷加斯城在45分钟内被滚滚而下的

12、洪水夷为平地 2 意大利262m高的瓦依昂 Vajont 拱坝1963年因上游库岸大滑坡 导致涌浪翻坝且水库淤满而失效 四 变形监测的目的和意义 四 变形监测的目的和意义 2 国内出现的典型实例 1 我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失事 造成灾害 2 在城市民用建筑方面 浙江某地一座住宅楼因其旁边 仅相隔1m多 新建高层建筑物的影响 造成地面开裂 该6层住宅楼发生严重倾斜 其顶部靠向新建高层建筑成为危房而拆除 3 由于地下水位的严重下降 某大城市建于上世纪初的一栋大型建筑 原来的一楼下沉为地下室 四 变形监测的目的和意义 2 国内出现的典型实例 4 多起桥梁的倒塌事故给国家和地方造成

13、了巨大的损失 5 2007年11月20日湖北省恩施市高阳寨隧道崩塌 证实31人死亡 1人失踪 08年杭州地铁塌陷 09年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等 6 2007年11月24日下午3点山西省侯马市西客站候车大厅举行封顶典礼 25日凌晨1点倒塌 为此 对于大型建 构 筑物的灾害变形监测与防治已越来越受到全社会的普遍关注和重视 经过20多年的努力 广大测量科技工作者和工程技术人员在变形监测领域取得了丰硕的研究成果 并发挥了巨大的社会效益 四 变形监测的目的和意义 1 1变形测量的意义 目的和内容 例一 四 变形监测的目的和意义 1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报 确保灾害损失减少到最

14、低限度 它不仅使滑坡区内457户计1371人在滑坡前夕全部安全撤离 无一人伤亡 而且使正在险区长江上 下游航行的11艘船只及时避险 为国家减少直接经济损失8700万元 被誉为我国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹 1 1变形测量的意义 目的和内容 例二 四 变形监测的目的和意义 1998年长江流域大洪水 湖北隔河岩大坝成功利用GPS自动化变形监测系统在抗洪错峰中发挥了巨大作用 确保了长江安全渡汛 避免了荆江大堤灾难性的分洪 1 1变形测量的意义 目的和内容 隔河岩大坝GPS监测系统 隔河岩大坝GPS监测系统 香港青马大桥变形监测 除了这些为保证大型建 构 筑物安全运营所进行的变形监测工作以外 还有

15、许多测绘 土木建筑 铁路 桥梁和水利工程等相关领域的科研部门为了对新型 高耸或巨型工程建筑物的设计理论以及古建筑保护进行研究 也开展了大量的变形监测工作 四 变形监测的目的和意义 一 变形监测的意义 二 变形监测的目的 1 1变形测量的意义 目的和内容 四 变形监测的目的和意义 二 变形监测的目的 综上所述 建 构 筑物变形监测的目的有二 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

16、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 由此可见 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 四 变形监测的目的和意义 二 变形监测的目的 四 变形监测的目的和意义 二 变形监测的目的 为了达到此目的 应在工程建筑物设计阶段 在调查建筑物地基承载性能 研究自然因素对建筑变形影响的同时 就着手拟定变形观测的设计方案 并将其作为工程建筑物的一项设计内容 以便在施工时 就将观测标志和设备埋置在设计位置上 从建筑物开始施工就进行观测 一直持续到变形终止为止 随着我国经济建设的蓬勃发展 带动了许多关系到国计民生的大型基础设施的建设 例如 1 兴建了众所周知的葛洲坝和长江三峡大坝等许多大型水电枢纽工程 2 已建成或在建中的数十座长江大桥和跨海大桥 以及高速铁路的建设 3 许多大