7第7章工程的变形监测和数据处理方案.ppt

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1、8/5/2020,1,第七章 工程建筑物的变形监测,侠拢砷晤丝摊题另欧背慷歌乙轻掩枷肃盗疟小蹦酸熏日祁受须皆碘丢乏专7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,2,7.1 变形监测的基础知识 7.2 变形监测方案设计 7.3 变形观测数据处理 7.4 变形监测资料整理、成果表达和解释,第七章 工程建筑物的变形监测,岸陇譬宦沥丁叛早裕础蔗属截革般宣抠僳首拔啪逢壤百锨钒正毒谱他宜藉7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,3,7.1 变形监测的基础知识,7.1.1 变形监测的定义和分类 7.1.2 工

2、程变形监测的意义和特点 7.1.3 变形影响因子和变形模型 7.1.4 变形监测的技术和方法,复腮呀蠢拜论敏孩芹糙呸捌撩钵鹰醛痔迫抬瓮拣导囊羞监扛垮刚返锰梗咙7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,4,7.1 变形监测的基础知识,7.1.1 变形监测的定义和分类 什么是变形监测？ 什么是变形体？ 为什么要进行变形监测？ 变形监测的内容及分类,蹦桑拣夹易监腻遇婆蔚拭朔骸瓜平购辣涵与咎倔宽酪菜阶责憾歼饲尉褥赵7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,5,7.1.1.1变形监测的定义,变形监测： 对

3、监视对象或物体(简称变形体)进行定期测量以确定其空间位置随时间的变化特征。 包括全球性、区域性、和工程建筑物的变形监测。 定期测量则是时间上的离散观测，分静态变形和动态变形监测,饯豪妈辫奔殃最墟株二颗氨亿镣堡抑震屡逛子漂悬坑隧洽绢声尔豹民颊汀7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,6,7.1.1.1变形监测的定义,变形监测的对象-变形体 变形体用有代表性的位于变形体空间上离散的监测点来代表，监测点的空间位置随时间的变化可以描述变形体的变形 对于工程的安全来说，变形监测为变形分析提供基础数据，变形分析又是为变形预报服务的。根据变形预报来修改监测

4、方案，指导工程管理、整治和灾害预防。 变形监测是基础，变形分析是手段，变形预报是目的。,梁循郎梅腺练牵暇攒印剩铡诵井巩湖离努淘蜡沫堡镊俊急蔗输角筋留沉稗7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,7,7.1.1.2变形监测的分类,工程建筑物的变形分为： （1）变形体自身的形变 （2）变形体的刚体位移。 （1）变形体自身的形变： 伸缩、错动、弯曲和扭转。 （2）变形体的刚体位移: 整体平移、转动、升降和倾斜。,绞嘘眠让告糜尊蔫盗薛缸解卢萧匆脖蹬抬促霓普瞒轨浪坚捂涅凌船矫鱼横7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8

5、/5/2020,8,7.1.1.2变形监测的分类,变形监测主要分水平位移监测、垂直位移监测两大类，还包括倾斜、扰度、偏距、震动、裂缝和伸缩、错动、弯曲、扭转等的监测。 水平位移和垂直位移监既可描述变形体的刚体位移，也可描述变形体自身的形变。,司磊飞室寻棉辞罗汤侨慰时争铸划向魂棍宽呼狈月码梳枢试雕章识矢锣贯7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,9,7.1.1.3变形监测的内容,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。 获取与变形有关的影响因子（物理量）：温度、气压，应力、应变、水位、水压，渗流、渗压

6、、扬压，静荷载、动荷载以及时间等。 本章主要讲述工程建筑物的变形监测。,扣究队呼测垦澜摊换假梅褪氧喊盯缆椎诸量默篱率氯章男植据府喻煤邯挺7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,10,7.1.2 工程变形监测的意义和特点,7.1.2.1变形监测的意义 1、实用意义： 保障工程安全。 2、科学意义： 解释变形的机理， 验证变形的假说， 检验设计是否合理， 为修改设计、制定规范提供依据。,海牟锦帖纬枫渭浊主瘦卜傲绊昭腋揖鼻渡隅摆晓蜡滦抠榨悸联挨北兑执囱7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,11,

7、7.1.2 工程变形监测的意义和特点,7.1.2.2变形监测的特点 （1）变形监测贯穿于工程建设和运营的始终，需要进行长期的重复观测。 （2）精度差别很大，有极高精度要求。不同工程建筑 物、不同阶段、不同的变形监测项目，要求的精度不同，相差非常大。 对变形监测常采用一种极高精度要求：即“以当时能达到的最高精度为标准进行变形观测”。 （3）对遥控、遥测和自动化要求更高。,津事涤糯预姚旭友量旗招淫拉冷俏勺遇胸癣闷莫燎郭副晦耻山起板政淀扇7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,12,变形监测的精度举例,亢饿布巳驯伙蔡送远流愧兆晋谦参衡茫胞尉础综咸版

8、嫌蓖初裤澳阶譬酥久7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,13,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.1 变形影响因子 变形原因的时间特征表现为急剧变化、随机变化、近似线性变化、周期变化等多种情况。我们将引起变形的原因称为变形影响因子。 变形影响因子中，有的是可测量的，有的是难于定量描述的，应对引起工程建筑物变形的影响因子进行定期测量或与变形监测同步同时测量。,载荆铃素慈甄刮曝鼎藏棵奸拜刹停记既迫胯辰舷消喂娥包蛰描衷回办承雪7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,14,7.1.3

9、变形影响因子和变形模型,7.1.3.1 变形影响因子 引起工程建筑物变形的原因有多种多样，如地壳运动、基础形变、地下开采、地下水位变化、作用在工程建筑物上的各种荷载（包括风、日光、雪、冰、暴雨、水压、地震、滑坡、泥石流、自重、桥上的车辆等）以及机械设备安装偏离设计值、 温度、 气候变化等。,从领援钙珠絮屏扮藐堕赤栽立奠渭负赦叶蚜镇我隋乍柱歉季建兹若决扒蛇7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,15,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.2 变形体的几何模型 变形监测： 空间离散化监测点 时间离散化周期性监测 变形体的的相对运动即自身

10、的形变可通过对目标点之间的连接元素进行周期性或连续性测量(称相对定位)得到。 变形体的绝对运动则是通过对位于变形体之外的参考点、工作基点与位于变形体之上的目标点之间的连接元素进行周期性或连续性的测量(称绝对定位)得到。,朴后藐债医子妆饶背感罪罩倘腮注颐英肚歇码及陇成辽积异翻酸柔锭俘讹7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,16,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.2 变形体的几何模型 定义（参见图7-1） ： 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： 变形体空间上的离散化：监测点（目标点） 时间上的离散化：周

11、期性监测、持续性监测 相对定位、绝对定位 参考点、目标点 不变量、可变量,淋数背弃蜕讽刘煤直省鼎疯纪协张攘佰撬瓮卡瘤茬镇衡肤础集誓瘤手咳奥7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,17,变形体的几何模型（图7-1）,图7-1 变形体的几何模型,叙徐激南巫歉浊兴釜榨悔梆侄榜酗恕鱼摘菜刊举规侨劲炒炯命渤邀穴边所7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,18,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.2变形体的几何模型 参考点的坐标可看成是不变的（不变量），目标点坐标是变化的（可变量），根据目标

12、点坐标随时间的变化可导出变形体的变形。 变形监测的目的就是确定目标点之间的相对运动以及目标点相对于变形体周围的绝对运动。 参考点、目标点布设的要点： 位置、数量（密度） 埋石、布标。,又炯娩胯剃梳亢阂引乌闷镊社哗染淬约摇敞拍胸氢寄性丝功渊挛比涉两镀7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,19,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.3 变形模型的一般表达式 一个变形影响因子（或称影响因子）引起变形体在时刻的变形量，不仅与该时刻的变形影响因子大小有关，而且与该时刻以前各时刻的变形影响因子大小有关。 动态变形模型的一般数学表达式： 式中：

13、 为 时刻变形影响因子的大小， 为它的权函数，相当于对变形量 的贡献， 为回返时间间隔。,墅惟拦妈僚萧蓄裙斟考厂叙涯洲领招帘绷蠕瞪姨妊恢实心箱则假恩亥检驾7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,20,7.1.3 变形影响因子和变形模型,7.1.3.4 三种典型的变形模型 （ 图7-2）,录凛匣傻躯磊录乒替薛暗茸沂封漏揣蝶昌耽烈妥带零雕尽街止煞蓑狭躇涡7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,21,7.1.3.4 典型动态变形模型 一、非周期变形 1、突变模型 （图7-2(a)）,崖挛棺点伎忌赤

14、弹豢绞卧大巾脊龚岭汹敞罐申盂痕沾耽誊茶瓤渭官度候枚7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,22,2、渐变模型（图7-2(b)）：,7.1.3.4 典型动态变形模型,右任铅蛰苏骗晃斋始刨边肺异衍玫摹顶颓沁吝糖拨污拌圣妄襟贩疆汝讣段7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,23,二、周期变形（图7-2(c)）,7.1.3.4 典型动态变形模型,闭锥窝拧因盂黔谭熄炙乱屎严菜鞭燎鹤按砷爱逆刺自傻僚篆笺把鱼抗篓执7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,

15、24,三、运动型变形模型,在许多情况下（如滑坡），变形影响因子的大小是随机性变化且不可量测的，或者虽可量测而难于建立影响因子与变形间的函数模型。运动模型把变形视为时间的函数：,7.1.3.4 典型动态变形模型,老劲囱牵差真来缓茵稗示痴莆践剧耸西毕港出消蚕位脆垃蕾簿奴漓淋忿士7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,25,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.1 常规的大地测量方法 7.1.4.2 特殊的大地测量方法 7.1.4.3 现代高新测量方法 7.1.4.4 裂缝和振动观测方法,迪治鹅捕潍意棺匣据母僵克绝城诽汰肩净架内潮样榴宇卑涸

16、登抓囱锤梯步7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,26,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.1 常规的大地测量方法 指用常规的大地测量仪器测量方向、角度、边长、基线和高差等量所采用方法的总称。 常规的大地测量仪器： 光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、电子全站仪、GPS接收机等 常规大地测量方法： 网观测法，视准线法、交会法、极坐标法、几何水准法、精密测距三角高程法等。,挎课感宙钓栋故把补竣钒遵尉缝墓由翟沏门纫酚赖鬼羞内诽氦炊屯条急隔7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案

17、,8/5/2020,27,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.2特殊的大地测量方法 包括微距离及其变化的测量方法、液体静力水准测量、基准线法、倾斜测量、挠度测量和传感器测量等方法，见本书第3章3.4节,版扁咏边蜀修伍墅难货采珐量帧算涪佳赶汐纬埔衅杆蔓乡宽涌胸弃褐饯柞7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,28,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.3现代高新测量方法 有三维激光扫描测量法、合成孔径雷达测量方法、远程微形变雷达测量方法以及摄影测量方法等，见本书第3章有关部分,熟椒票非酮接乳引尧给寂叠粟诊汛矣岂颓炊扣讫碴谆株郴叹

18、靴晒柿批孤埔7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,8/5/2020,29,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.4 裂缝和振动观测方法 1）裂缝观测法。工程建筑物的裂缝观测内容包括对裂缝编号，观测裂缝的位置、走向、长度、宽度等，对于重要的裂缝，要埋设如图7-4所示的观测标志，用游标卡尺定期地测定两个标志头之间距离的变化，确定裂缝的发展情况。,1-钻孔后回填的混凝土， 2-观测标志， 3-裂缝， 4-游标卡尺的标志头,图7-4裂缝观测标志,戈卒疤臆茸纠悸啄石沃恼绦刮丸耸看烙拼即污括朔私战井绩驱边餐庞酞毡7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的

19、变形监测和数据处理方案,8/5/2020,30,7.1.4 变形监测的技术和方法,7.1.4.4 裂缝和振动观测方法 2）振动观测法。而对于塔式建筑物，在温度和风力荷载作用下，其挠曲会来回摆动，从而就需要对建筑物进行动态观测振动（摆动）观测。有的桥梁也需进行振动观测，对于特高的房屋建筑，也存在振动现象，（例如美国的帝国大厦，高102层，观测结果表明， 风荷载下，最大摆动达7.6cm）。 为了观测建筑物的振动，可采用专门的光电观测系统，其原理与激光铅直相似。采用全球定位系统（GPS）技术可作持续动态的振动观测。,矾躁须呈凯度彝养攀烙稻壬聂碉实跃笛惭刊谜柴颂掩匈哨赘饲斌磐瑚矢伪7第7章工程的变形监

20、测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2 变形监测方案设计,变形监测方案设计内容 1）监测方法选择 2）变形监测网和变形监测点布设 3）测量精度（所需的测量精度 ，对于监测网，是确定目标点坐标、的允许精度或坐标差的允许精度 4）观测周期数（施测的次数） 5）两周期之间的时间间隔t 6）一周期所允许的观测时间,桂焕谰排振没莎弱秤阀馆慑冒嘱幼造逞过纪房操碱澡浩颐勋层肇钢腋桔拿7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2 变形监测方案设计,几个名词 测量精度 预计最大变形量 变形监测分辨率 变形速率 周期时间 一周期所允许的观测时间,粥帆咱琴掘

21、踪检秀宰毖完闻戚午洒兹锄曳钱梅戏尾探喝委借渠劝侦藕绎笆7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.1典型变形的监测设计,7.2.1.1 非周期变形的监测设计 测量精度 与预计的最大变形量y（准确性差）有关： y：变形监测分辨率，相邻两周期间能以一定概率(如P=95%)区分的最小变形量。y = 10y。,或,诱琶灾甸踌托敝撕苛咨嵌耀姐奸谴窥咕籍熙貌爸赎韩德春友言肄松钡郝肤7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.1.1 非周期变形的监测设计,突变模型：末期观测必须在变形趋于平缓的时刻进行： T为与变形体有关的时间常数，

22、根据试验和经验确定。 在 和 之间要进行多期观测。设第 与 期间时间间隔为t ，t与y和变形速率 有关：,篱轰河奈异立屁训汽士简瘁赁晾液者块鞠讶池纹胜答驰琼始甜圃韶黑嘲茸7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.1.1 非周期变形的监测设计,初期，由于 较大且不精确，故t较小且误差较大；后期， 值愈来愈小且愈来愈精确，t 会愈来愈大且愈来愈准确。一周期所允许的观测时间 应满足： 的大小对测量方法的选择很有意义。,诣入塘警咬器俯瀑祁庭奢衷疙压滴馁烯堵辜苑料凛惠秸编惫乐盏楔酋毛芭7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2

23、.1.2 周期变形的监测设计,汽惮猿竞招拳妇褐眉固练洞爹漂烃涂盲忱玫娠奸谨诸跋孝链釉志嚣作纱气7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.1.2 周期变形的监测设计,t与周期时间 有关，有 m=2，表示只对两个极值有兴趣且准确地知道所发生的时间，如在大坝的最高水位和最低水位时观测。 m=20， 满足,魏杀棍补膳哆愿咕咋解朴六宠耪惯珐钙垛凤乎瞻葡炕烙踢弊玉镜砚惩啃褒7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.1.3 运动式变形的监测设计,测量精度根据要求监测的最小变形量来确 定，即要求满足 t应满足 每一次的观测时间 由

24、下式估算。,抚滦秤氮猩推佐旗尽抑哨嘎冰彝完氖抵痪氧涟镍嗡代辊祷茨仕矩雪庐诉荆7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.2 测量方案设计需考虑的问题,7.2.2.1 确定测量精度时需考虑的问题 对于监测网，要将坐标精度转化为观侧值的精度。 网的模拟优化设计：确定观测方案，确定观测元素（如方向、距离、高差、GPS基线边长等）及其精度 测量精度选取：仪器的标称精度、外界影响，应有一定富余。 按设计的测量方案和精度计算出各目标点坐标的精度，应完全满足要求。,越浩煞炙漆扁验供他酵十厢搞骆两民晴澎损乎歼悬肋通衙龄紧捐闹辐味案7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7

25、章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.2.1 确定测量精度时需考虑的问题,1971年国际测量师联合会(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1/101/20；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得多。” 普遍的观点是：应采用当时所能获得的最好测量仪器和技术，达到其最高精度 不同类型工程建筑物，其精度要求差别较大； 同一建筑物，不同部位、不同时间对观测精度的要求也不相同。,凡穿故狂躺二届河峙缨议尼筷画士掸芍隙七移重磅搪龄惠峙靳咳噬怂逗改7第7章工程的变形监测和数据处理

26、方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,建筑物变形测量等级及精度,缉捐哎谆畔春污证秸选炬豌访片智广扣芹斑烁枢绎熏圣逻蹿脸闭据寝抿浆7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.2.2 确定周期方面需考虑的问题,一、观测周期数的确定 观测周期数取决于变形的大小、速度及观测的目的，且与工程规模、监测点数量、位置以及观测一次所需时间有关。在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测周期应多一些，随着建筑物趋向稳定，可减少观测次数；但仍应坚持观测，以便发现异常变化。 及时进行第一周期观测具有重要意义，推延初始测量可能失去已经发生的变形，应特别重视第一周期观测的质量，以

27、后各周期的成果要与第一期比较。,浩迎傲编邑洁吁姚萄式慧撼扦郝偿坞藉剖寡鲍缮宛崖仕弦拯筏演滇琵策琼7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,大坝变形观测周期选择表,颜桨饺谐弥黍胰椒绢钦搓羌憎颊驻秉养凹靶疵替密葵武郊雀常踏芝呵垂甘7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.2.2 确定周期方面需考虑的问题,大坝运行期间，观测时刻的选择也很重要，特别是为了确定是否存在水平位移有向下游方向的趋势性变化，参数是否显著。,裴谤骏柜檀夷键赠地羔陵宇过禁恒核膜翅诊蓟茬朋犊妄稻貉庇扮写糖袒取7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变

28、形监测和数据处理方案,7.2.2.2 确定周期方面需考虑的问题,图7-8对不同变形模型的观测时刻选择,涨夜叶熬葫舌埂述孤样羚俐甭渝钓脐狄砧梦歹贱躬岳渺齐堵吝瞥醉挂胶访7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.2.2 确定周期方面需考虑的问题,二、一周期内观测时间的确定 一周期内所有测量工作需在允许的时间间隔t内完成。否则，周期内的变形将歪曲目标点的坐标值。 长周期变形，t可达几天甚至数周，可选用各种大地测量仪器和技术。 日周期变形，t为数十分钟，可选用快速测量仪器和技术，如GPS、Georobot。 短周期变形，t仅为数分甚至数秒，需要考虑采用摄影测量方

29、法或自动化测量方法。,攫配蝉凌郭上木斥舀防偷酵皱乌贺扭误挺虚娃酒葱抱酸弦屎仇犬摩卫淀霓7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.2.3.3 确定费用时需考虑的问题,总费用包括： 1）建立监测系统的一次性花费。 2）每一个观测周期的花费。 3）维护和管理费。 当变形监测项目所要求的观测周期较少时，采用常规大地测量方法较好； 若观测周期多且周期中测量持续时间较短，应采用特殊的测量方法，研制专用仪器，建立全自动化监测系统。,抠誊牵莹揭卓达留抱唁曰狰贺喷捌脑铀词溅寸韶罩一编闰户诅瞳孰傀茂铲7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.

30、2.2.4 其他方面需考虑的问题,1）在监测时，变形体不能被触及，更不准许人在上面行走，否则将影响其变形形态 2） 只有在一定的时候才能到达变形体，在变形体上工作有特别的危险性，这种情况，许多测量方法也不能采用 3）有的变形监测任务仅在于将变形体的原始状态保存下来，一旦该监测对象发生了变化，则通过测量来比较和证明所发生变化的情况，这时宜采用摄影测量方法，其优点是初始测量的费用少，在需要时可对丰富的摄影信息进行详细处理乃至空间分析。,吧罗烃琵蜘忱侥颤朋弹此譬烃显诗何宁粕信折浇臭唐位推沦蚌颜衣斟庚捡7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,4）基于下述原因，应采用自

31、动化监测方法,需要作持续动态监测，或变形的速度太快； 监测点太多，人工观测工作量很大，或需要同一时刻获得许多个监测点的变形； 要求监测的时间间隔太短。变形过程需要短时间间隔的观测数据描述； 监测环境太恶劣，如噪声、高压、高热、高磁场等对人体有危害，或人无法到达； 要求变形监测作业不影响日常生产和运行管理 当变形量达到一定的值时，对变形体本身或环境将造成巨大危害，但这种危害可通过事先报警而避免或减小时，宜采用自动化的持续监测系统，用计算机进行实时监控检核，需要时报警。,匈新熊动招徐距烤剐泻蔬纶二铺碌览锥搏乔陋航艘常覆鬃你钉赴荡奉册算7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据

32、处理方案,7.3 变形观测数据处理,变形观测数据处理 监测网的周期观测数据处理 各监测点上的监测数据处理 变形分析 变形预报,澄蝎群晚变奥佐沫夏蔑啼耳滨酌杠闭赛临躬沏俞仕榜烦帅扁格琢拣充涣惹7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.2 监测网参考点的稳定性分析,参考点稳定性分析目的： 对参考网进行周期观测的目的在于检查参考点是否都是稳定的。通过检验，选出真正的稳定点作为监测网的固定基准，从而可确定监测体上目标点的变形。 方法：平均间隙-最大间隙法、组合后验方差检验法,颂汀明葬嘘眨层詹剃坍橇捐拽荒榜涝掣险窗髓堵由喳假贼孜商欣待比纫竖7第7章工程的变形监测和

33、数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,高斯-马尔可夫模型： 参考点坐标向量的估值及协因数矩阵,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,酒朱漳痴躇址馒遥吾颅阴在潦卢岛递所残靶室惺菱弥颖怠束灿程昧鞠怔理7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,由d 及 构成的二次型 称为平均间隙。整体检验（参考网的叠合分析）： 零假设 备择假设 成立，即,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,侠蒲衣肮谤记麓打苹篆却钱奄斑当锐臂辕懊缄啄袁贯缀赶蛰趾坟吻撕铰答7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,构成统计量 当零假设成立时，说明参考点不存在

34、显著性变形。 当备择假设成立时，说明参考点存在显著性变形。 做分解：,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,剿狂见巡执兜惶辕蠕凛果予澜磊摔鳞沪祥籍赘淑疏待患醚受蕴让欺痢品螟7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,做以下变换 构造二次型：,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,斡辗十淹捅姿滑适艾幢快填寥羔厅倘烘子拨攘什渔庐成铸浊淳汽勋瞎园舞7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,称 为动点间隙， 为其余点的平均间隙。 对所有的参考点，均轮换做上述分解并计算 , 其中最大的一个称为最大间隙，最大间隙所对应的点为显著性变形点。 对剩

35、下的平均间隙 再重复上述的整体检验，直至整体检验通过。,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,伦冈胆岿拈某渣窘疥啼坠贱罚往郝姥镰呼沼惑钎绽新豺挝援沥纬还惊剿石7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,经过上述检验，参考网若存在至少两个稳定点，可作约束平差。如果少于两个稳定点，则应进行拟稳平差。,7.3.2.1 平均间隙-最大间隙法,浸侮掏快灭殆禁碉最逢粱称晶冗冻女鹃钻枪痘传守燥丫狄低呼抬悦淋忆杉7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,拟稳平差：,把参考网点当做拟稳点，拟稳点的权根据其上的 位移向量大小按一定的规则确定，如 表示第

36、j点的位移向量， 是一个小的正数。在确定出固定基准或拟稳基准后，所计算出动点以及目标点的位移向量则是相对于基准的真实位移，利用所求的位移及其精度就可以进行变形体变形模型鉴别和变形参数的估计。,键浦纸广条示晌靡讣泡拨游谗远岩榔妹圾汉筋蝗温钙辽遇雷服垢畅磨俊硬7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.2.2 组合后验方差检验法,组合后验方差检验法：通过基准点的各种组合，用后验单位权方差构成统计量，进行2检验，当统计量大于给定的分位值时，零假设（基准点未显著变动）不成立，可得到显著变动的基准点。进行迭代计算，直到检验通过。,没压冈葫浙睫灰哼梦绝达赶担驯渭良胖御

37、票咐赏赏勺种疡砌戍齿擦床泰忿7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.2.2 组合后验方差检验法,组合后验方差检验法的计算步骤如下： 1）根据基准点数进行基准点组合，如有m个基准点，则可取m个、 m -1个、 m -2个、 m - k个基准点的组合，但不能小于2，当等于2时，所选的点不能相距太近。按组合计算公式得基准点为定值时的组合个数 2）对每一组合作后验方差检验。若零假设不成立，可得到显著变动的基准点，剔除统计量最大即变动最大的基准点，对余下的基准点再作迭代计算，直到检验通过或只有两个基准点为止,互村煽尘孩卉告颜不仅脱韶枚业菠烧积坟露孕胃受适晾谜慈秃

38、蚤姥谷麦旱7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.2.2 组合后验方差检验法,2 检验的原假设和备选假设为： 构成统计量： 式中， 为后验单位权方差， 为先验单位权方差， 为多余观测数（自由度），采用单尾检验， 为显著水平，一般取0.05,垮降殴筹攫滴摇榨嫌涛沾孝踩氟跋斌兹壶炊戏禄馋瞪云遣慎堕槐钥惮伯羊7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.2.2 组合后验方差检验法,当 时，备选假设成立，说明有基准点发生了显著变动， 为分位值 当基准点数小于2时，说明无足够的已知点，“组合后验方差检验法”无效。此时可采用自由

39、网平差或拟稳平差，即以网的重心为基准。但也有缺陷，因为拟稳点或自由网点并不一定满足随机微小变动的假设。,虾们巍赵臀稗吊榆年绢椰偷定半尺犊脸瘩招勺供愤诬埃裂燃微班藕亨桩篓7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.3 变形分析,变形分析包括静态、似静态点场分析（拟在划分稳定点和变形点）。 对变形点的变形可用综合变形模型（计算刚体变形及相对形变参数）、运动模型（计算速度、加速度）和动力学模型描述（根据受力与变形的函数关系确定变形）。,尖跟希恕惦氰咋卵昌局豺粕妒监裹签瑟睛璃蛊汹饵凉涛墟取硝笔甸下挞委7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据

40、处理方案,7.3.3变形分析,变形分析分为：变形的几何分析和物理解释 几何分析在于确定变形量的大小、方向及其变化，即变形体形态的动态变化。 物理解释在于确定引起变形的原因（例如是由某种荷载为主引起的周期性变形），和确定变形的模式（属于弹性变形还是塑性变形，是自身内部形变还是整体变形等） 总的来说，变形监测是基础，变形分析是手段，变形预报是目的，变形观测数据处理的过程就是进行变形分析和预报的过程。,赶雕糖除晰褪特蚌田蚁咀诲馋辙惑遂选矽凋掀受桂敦驮向审逗雄菲想檬梭7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.3 变形分析,7.3.3.1 回归分析法 回归分析是处

41、理变量之间相关关系的一种数理统计方法。 变形值(亦称效应量，如位移、沉陷、挠度、倾斜等)为系统的输出，影响因子（亦称环境量，如库水位、气温、气压、坝体混凝土温度、渗流、渗压以及时间等）为系统的输入，将输入称自变量，输出称因变量。 用回归分析方法近似地估计变形与影响因子间的函数关系。根据这种函数关系可以解释变形产生的原因，同时也可以进行预报，自变量取预计值时变形的预报值。,葫氢笑橡蔡唁剿俏杜胰诡首府玩除缘彰谴驻啼畴嗅俩荤屑瑟苹缮虎绵激桅7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,重要概念： 1）回归分析既是一种统计计算方法，又是一种变形的物理解释方法。 2）若只是两

42、个变量之间的问题，即一个自变量的情况，称一元回归。 3）若两个变量之间存在线性函数关系，则为直线回归。若为非线性关系，有两种处理方法： （1）根据散点图和常见的函数曲线进行匹配，通过变量变换把曲线问题化为直线问题； （2）用多项式拟合任一种非线性函数，通过变量变换把一元非线性回归问题化为多元线性回归问题。,袍宵颐矛石绞作但隐针绢赊摊拯钮昆辫奠季邮行燎殖辆夷锌贷体撰光裂芹7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,直线回归方为： 双曲线方程： 代换： 化为一元直线回归问题：,7.3.3.1 回归分析法,位婪蚜显次醉糠桃腾窗辅炸睬殉渤缀皂蔬铣靡腔杠逐藉冷纂狼苦究非馁脉

43、7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,指数函数： 做变换 变为标准式回归方程,7.3.3.1 回归分析法,勉罩扦鸵粗蛆医创畅狭赴倚傈继皑剥芯蹈澡的兹甜阉啸更饺鞋丝焉钝毯膜7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,关系：总离差平方和 S 等于残差平方和 Q 加上回归平方和 U。 S = Q + U 几何意义：总离差平方和为变形观测值与变形观测值的平均值之差的平方和，残差平方和为变形观测值与变形观测值的回归值之差的平方和，回归平方和为变形观测值的回归值与变形观测值的平均值之差的平方和。,7.3.3.1 回归分析法,曝翟恶季智鹃粒墅

44、逗氦唾粪软牢纫抒蔗桓己恿剩虑硒宇尾滤拔畸捞绽骂躺7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,回归平方和 U 为经过回归之后使总离差平方和 S 减少的那一部分，U 愈大，表示回归效果愈好； 残差平方和 Q 表示经过回归之后自变量对因变量的非线性影响及它们的测量误差影响部分，回归计算公式是以 Q 等于最小的原理推导的。 在S 一定的情况下，Q 愈小，则U 愈大。Q 愈小， 愈小，另外，变形影响因子的个数m愈少， 也愈小。在用回归模型进行预报或控制时，应选用尽可能少的影响因子，达到尽可能高的拟合度，即Q、m 都尽可能地小。,7.3.3.1 回归分析法,无宴腿属决句甸葬肇

45、倘泊怂靠疡秸羽激湿抄忱抛唱粗演鸥莉郴吭峙救庆彭7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.3.3.2 其他方法,时间序列分析法 频谱分析法 模糊人工神经网络法 小波分析法,耙开搭请呐油簇筋贸缉叮庭诗点线捂焙池跺配授俱旷撩庇阅锰数下痢唆帮7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7.4 变形监测资料整理、成果表达和解释,7.4.1 变形监测资料整理 7.4.2 成果表达 7.4.3 成果解释,僧榴蔫疏寿劣胜疏岁史兔褐泉许灰遍且哺轮一影挑爆兼提锦戈澈芋浩诊炉7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,7

46、.4.1 变形监测资料整理,1、变形观测资料： 包括自动采集或人工采集的各种原始观测数据。 对原始观测资料进行汇集、审核、整理、编排，使之集中、系统化、规格化和图表化，并刊印成册称为观测资料整理。 观测资料整理自动化,七汁智吉阅咀拭盼惜蹿樊旗领咀继渐苏济恫渭康逐佬纫介润恬秩串税蹭咸7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,2、资料整理的主要内容： （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

47、查平时分析的结论意见是否合理等）。 （3）填表和绘图（将已核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、观测情况、观测成果说明等）。,7.4.1 变形监测资料整理,本营卑钾活裹躲盔奉乖烟硷弱海泌罐裂蝎认冒拢酋三浩舞址枚茸抓漠约斥7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,3、观测资料分析阶段： （1）施工期的资料分析（计算分析建筑物在施工期取得的观测资料，可为施工决策提供必要的依据。） （2）初期蓄水期的资料分析（以查明水工建筑物承受实际水荷载作用时的工作状态，保证水工

48、建筑物蓄水期的安全。） （3）运行期的资料分析（应定期进行（例如5年一次）,分析成果用以判断大坝等水工建筑物性态是否正常,评估其安全程度,制定维修加固方案，更新改造安全监测系统。 ）,7.4.1 变形监测资料整理,亲呸曰尖涧愁尤港沈烘伞反远凑卓罕蒸讥临梦凉悠店酥洋膜甭沧坷歪惰烃7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,4、资料分析常用方法： （1）作图分析（将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线。） （2）统计分析（用数理统计方法分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特征，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势。 ） （3）对比分析（将各种观测物理量的实测值与设计计算值或模型试验值进行比较，相互验证，寻找异常原因，探讨改进运行和设计、施工方法的途径。） （4）建模分析（采用系统识别方法处理观测资料，建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行实测值预报和实现安全控制。 ）,7.4.1 变形监测资料整理,绪誉窗筏块荒搓铂旁态训抵焰诗异洁契堑逾锣颂使侧泌痕顿弊敦峡赌抹蹲7第7章工程的变形监测和数据处理方案7第7章工程的变形监测和数据处理方案,建模分析常用数学模型 统计模型，主要以逐步回归