變形觀測(cè)的概念:
變形是指變形體在各種荷載作用下,其形狀、大小及位置在時(shí)間域或空間域的變化。
變形監(jiān)測(cè)又稱為變形測(cè)量或變形觀測(cè),變形測(cè)量則是對(duì)設(shè)置在變形體上的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行周期性地重復(fù)觀測(cè),求得觀測(cè)點(diǎn)各周期相對(duì)于首期的點(diǎn)位或高程的變化量。
變形體用一定數(shù)量的有代表性的位于變形體上的離散點(diǎn)(稱監(jiān)測(cè)點(diǎn)或目標(biāo)點(diǎn))來代表,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形可以描述變形體的變形。
變形分類:
1)變形體自身的形變。變形體自身的形變包括:伸縮、錯(cuò)動(dòng)、彎曲和扭轉(zhuǎn)四種變形,
2)變形體的剛體位移。剛體位移則含整體平移、整體升降、整體轉(zhuǎn)動(dòng)和整體傾斜。
變形監(jiān)測(cè)分類:
(1)靜態(tài)變形監(jiān)測(cè),靜態(tài)變形是時(shí)間的函數(shù),觀測(cè)結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形,靜態(tài)變形通過周期測(cè)量得到。
(2)動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè),動(dòng)態(tài)變形指在外力(如風(fēng)、陽光)作用下產(chǎn)生的變形,它是以外力為函數(shù)表示的,動(dòng)態(tài)變形需通過持續(xù)監(jiān)測(cè)得到。
變形觀測(cè)對(duì)象
1)研究全球性變形,如監(jiān)測(cè)全球板塊運(yùn)動(dòng)、地極運(yùn)動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)速率變化、地潮等;
2)區(qū)域性變形研究,如地殼形變監(jiān)測(cè)、城市地面沉降;
3)工程和局部性變形研究,工程變形監(jiān)測(cè)一般包括工程(構(gòu))建筑物及其設(shè)備以及其他與工程建設(shè)有關(guān)的自然或人工對(duì)象,這是本課程研究的主要內(nèi)容。
工程變形的原因
一、自然條件及其變化;
二、與建筑物本身相聯(lián)系的原因;
三、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理工作做的不合理,也會(huì)引起建筑物額外的變形。
變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容
1)垂直位移(沉降)監(jiān)測(cè)
2)水平位移監(jiān)測(cè)
3)傾斜監(jiān)測(cè)
4)裂縫監(jiān)測(cè)
5)撓度監(jiān)測(cè)
6)日照和風(fēng)振監(jiān)測(cè)等
變形觀測(cè)的意義
(1)首先是實(shí)用上的意義,主要是掌握各種工程建筑物的地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性,為安全診斷提供必要的信息,以便發(fā)現(xiàn)問題并采取措施;
(2)其次是科學(xué)上的意義,包括更好地理解變形的機(jī)理,驗(yàn)證有關(guān)設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說,進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的預(yù)報(bào)模型
對(duì)于工程的安全來說:監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ),分析是手段,預(yù)報(bào)是目的。
工程變形監(jiān)測(cè)技術(shù)
在工程和局部變形監(jiān)測(cè)方面,地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專業(yè)的測(cè)量手段、以及以GPS為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。
(1)常規(guī)大地測(cè)量方法
常規(guī)大地測(cè)量方法的完善與發(fā)展,其顯著進(jìn)步是全站型儀器的廣泛使用,尤其是全自動(dòng)跟蹤全站儀(RTS,Robotic Total Stations),有時(shí)也叫測(cè)量機(jī)器人(Georobot),為局部工程變形的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或室內(nèi)監(jiān)測(cè)提高了一種良好的技術(shù)手段,它可以進(jìn)行一定范圍內(nèi)無人值守、全天候、全方位的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。實(shí)際工程試驗(yàn)表明,測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)精度可達(dá)亞mm級(jí)。最大的缺陷是受測(cè)程限制,測(cè)站點(diǎn)一般都在變形區(qū)域的范圍之內(nèi)。
(2)地面攝影測(cè)量
地面攝影測(cè)量技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用雖然起步較早,但是由于攝影距離不能過遠(yuǎn),加上絕對(duì)精度較低,使得其應(yīng)用受到局限,過去僅大量應(yīng)用于高塔、煙筒、古建筑、船閘、邊坡體等的變形監(jiān)測(cè)。近幾年發(fā)展起來的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量和實(shí)時(shí)攝影測(cè)量為地面攝影測(cè)量技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的深入應(yīng)用開拓了非常廣泛的前景。
(3)特殊的測(cè)量手段
光、機(jī)、電技術(shù)的發(fā)展,研制了一些特殊和專用的儀器可用于變形的自動(dòng)監(jiān)測(cè),它包括應(yīng)變測(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量和傾斜測(cè)量。例如,遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀,采用自動(dòng)讀數(shù)設(shè)備,其分辨率可達(dá)0.01mm;采用光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)將信號(hào)測(cè)量于信號(hào)傳輸合二為一,具有很強(qiáng)的抗雷擊、抗電磁干擾和抗惡劣環(huán)境的能力,便于組成遙測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在線分布式監(jiān)測(cè)。
(4)GPS空間定位技術(shù)。
GPS用于變形監(jiān)測(cè)的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性(Episodic and Continuous Mode)兩種模式。
(5)3D激光掃描技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù),是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測(cè)量的方法,大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。可以快速、大量、高精度地獲取空間點(diǎn)位及其變化信息。
2、動(dòng)態(tài)(連續(xù))監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)
連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)指的是采用固定監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集,獲得變形數(shù)據(jù)序列。在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面,過去一般采用加速度計(jì)、激光干涉儀等測(cè)量設(shè)備測(cè)定建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性,GPS作為一種新方法,由于其硬件和軟件的發(fā)展與完善,特別是高采樣率(目前有的已高達(dá)20Hz)GPS接收機(jī)的出現(xiàn),在大型結(jié)構(gòu)物動(dòng)態(tài)特性和變形監(jiān)測(cè)方面已表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性。
靜態(tài)監(jiān)測(cè)是周期性的對(duì)建筑物進(jìn)行變形觀測(cè)。
3.監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)(1)多種傳感器、數(shù)字近景攝影、全自動(dòng)跟蹤全站儀和GPS的應(yīng)用,將走向?qū)崟r(shí)、連續(xù)、高效率、自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方向發(fā)展;
(2)變形監(jiān)測(cè)的時(shí)空采樣率會(huì)得到大大提高,變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化為變形分析提供了極為豐富的數(shù)據(jù)信息;
(3)高度可靠、實(shí)用、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)化系統(tǒng),要求在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行;
(4)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控,在大壩、橋梁、邊坡體等工程中將發(fā)揮巨大作用,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控是推動(dòng)重大工程安全監(jiān)控管理的必由之路。
變形分析的研究?jī)?nèi)容
1.變形數(shù)據(jù)處理與分析;
2.變形物理解釋;
3.變形預(yù)報(bào)。
變形分析分類
通?蓪⑵浞譃樽冃蔚膸缀畏治龊妥冃蔚奈锢斫忉寖刹糠。
變形的幾何分析是對(duì)變形體的形狀和大小作幾何描述,其任務(wù)是描述變形體變形的空間狀態(tài)和時(shí)間特性。
變形物理解釋的任務(wù)是確定變形體的變形和變形原因之間的關(guān)系,解釋變形的原因。
變形分析的內(nèi)容
傳統(tǒng)的變形幾何分析主要包括參考點(diǎn)的穩(wěn)定性分析、觀測(cè)值的平差處理和質(zhì)量評(píng)定以及變形模型參數(shù)估計(jì)等內(nèi)容。