变形观测理论与技术进展

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1、第一章变形观测理论与技术进展综述第一节变形观测理论与进展一、变形观测的定义及发展（一）变形观测的定义变形观测是指对特定的建（构）筑物在其荷载情况下，在其外部周围（不受影响）布设观测网作为基准点，在观测建（构）筑物上布设观测点，定期地测量观测点相对基准点的变化量，对其定期观测的数值进行比较，了解观测物的变形随时间的发展情况，测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下，一定时间段内所产生的变形量及其数据的分析和处理工作。内容主要包括沉降、倾斜、位移、挠曲、风振等变形观测项目。（二）变形观测的目的从宇宙中的星球到我们生活的地球及其地区、城市，甚至一个具体的建筑物以至物体的构件

2、都存在着变形。变形总是存在的，但变形超过一定的限度会给我们的生命和财产带来危险。一个工程从施工开始到竣工，以及建成运营后很长一段时间，高楼（沉降）、大坝（位移）、高烟囱（倾斜）等变形是不可避免的，因而，变形观测的一个重要目的在于检查各种工程建筑物和地质构造的稳定性，对变形进行几何分析，掌握规律，预测预报变形，达到工程安全运行的目的。变形观测的另一个重要的目的是科学研究，对变形进行解释，验证工程建筑物的设计理论及地壳运动的假说和地质勘察资料和设计数据的可靠程度，研究变形的原因和规律，改进工程建筑物设计，建立正确的变形预报的理论与方法。（三）变形观测的特点1．精度要求高。与其他测量

3、工作相比，变形观测要求的精度高。用于实用的目的，一般要求精度达到1mm。在对建筑物变形观测中，为了准确地反映出建筑物的变形情况，测量的误差应小于变形量的1/10～1/20。2．重复观测。变形观测网必须相隔一定时间进行重复观测，只有重复观测，才能从观测点坐标或高程的变化中发现变形。3．严密地进行数据处理。有许多变形体的变形都较小，有时与测量误差有相同的数量级，故要对变形数据进行严格的平差，运用一些办法从含有观测误差的观测值中分离出变形信息。4．与多学科相联系。变形观测工作不仅需要测量知识，还需要与土木工程和动力学工程等学科知识。5．责任重大。由于变形量都是微小变化，它要求一丝不苟

4、的认真工作，从带有误差的观测值中找出变形观测的规律，及时预报危害变形，使人们避免灾害，保证人们的生命和财产安全，因而变形观测责任重大。（四）变形观测的技术发展伴随着时代的发展，变形观测的技术从常规的大地测量技术到现代的新科学技术方法，在不断更新进步。目前，变形观测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS技术。1．常规的大地测量技术与特殊测量手段常规的大地测量技术是应用水准测量的方法，通过测定高程、角度和边长或坐标来测定变形的技术。监测主要是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其主要观测内容包括精密高程测量、精密角度测量、精密距

5、离测量等。其优点主要表现在能够提供变形体整体的变形状态；灵活性大，能适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件；观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度的评定，可以提供绝对变形信息。其缺点主要表现在观测时间长，外业工作量大,布点受地形条件影响大,不易实现连续监测和自动化监测；在有些地方由于受到地形和外界条件等限制,其工作效率和精度往往受到很大的影响。特殊测量手段也称传感器与激光技术测量，包括应变测量、准直测量和倾斜测量。它具有测量过程简单，可监测变形体内部的变形，容易实现自动化和连续监测等优点。但是，通常只能提供局部的和相对的变形信息。2．摄影测量技术

6、摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。与其它变形监测技术相比较,摄影测量的优势体现在可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系；可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；像片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析；监测工作简便、快速、安全等。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量在建筑物及滑坡等变形监测中的成功应用,为摄影测量在变形监测中的应用开拓了更加广泛的前景。但由于摄影距离不能过远,且大多数的测绘部门不具备摄影测量所需的仪器设备,因而摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。3．GPS测量技术全球定位系统的应用给测量技术带来一场深刻的

7、革命。由于GPS测量具有测站间无需通视、高效、高精度、快速、全天候、可实现无人值守、能同时测定点的三维位移等优点，所以在近年来GPS技术在变形监测中已获得越来越广泛的应用。如用于大地形变监测与地震预报、大坝变形监测、地表沉降观测、山体滑坡变形监测、高层建筑物形变监测等。利用GPS技术,可实现数据采集、数据处理以及变形分析的自动化。目前,采用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量,平差后控制点的平面位置精度为1mm～2mm,高程精度为2mm～3mm。据相关资料介绍,国外从20世纪80年代开始