1、12022年3月25日星期五现代变形监测技术现代变形监测技术任课教师任课教师：高高 飞飞合肥工业大学土木与水利工程学院合肥工业大学土木与水利工程学院22022年3月25日星期五现代变形监测技术现代变形监测技术课程性质：课程性质：土木工程专业选修课土木工程专业选修课学时数：学时数：24 24 学时学时教材及主要参考书教材及主要参考书 1. 1.工程测量学工程测量学第三版，测绘出版社第三版，测绘出版社 2. 2.工程测量学工程测量学张正禄，武汉大学出版社张正禄，武汉大学出版社 3. 3.变形监测与数据处理变形监测与数据处理黄声享，武汉大学出版社黄声享，武汉大学出版社 4. 4.变形监测理论与应用变
2、形监测理论与应用侯建国，测绘出版社侯建国，测绘出版社 5. 5.建（构）筑物变形监测建（构）筑物变形监测高飞，合肥工大讲义高飞，合肥工大讲义32022年3月25日星期五第一章第一章 变形监测概述变形监测概述第二章第二章 垂直位移与水平位移观测垂直位移与水平位移观测第三章第三章 变形监测新技术与工程实例变形监测新技术与工程实例第四章第四章 变形监测数据处理基础变形监测数据处理基础本课程主要内容本课程主要内容现代变形监测技术现代变形监测技术42022年3月25日星期五 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 1.2 1.2 变形监测的特点变形监测的特点 1.3 1.3
3、 变形监测技术和方法变形监测技术和方法 1.4 1.4 变形监测数据分析变形监测数据分析 第第1 1章章 变形监测概述变形监测概述现代变形监测技术现代变形监测技术52022年3月25日星期五1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 一、变形与变形监测一、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。的，并向着多学科融合的边缘科学方向发展。 高层（高层（超高层超高层）民用建筑物）民
4、用建筑物 大型水工建筑物大型水工建筑物大坝大坝 交通建（构）筑物交通建（构）筑物大型桥梁大型桥梁 工业建筑群工业建筑群 （如上海宝钢、（如上海宝钢、核电站核电站等）等） 现代科学试验设备现代科学试验设备高科技高科技 现代变形监测技术现代变形监测技术62022年3月25日星期五例如：例如：上海金贸大厦上海金贸大厦高高420.5m420.5m、8888层；层；深圳地王大厦深圳地王大厦高高324.8m324.8m；大型电视塔大型电视塔北京北京 上海上海 天津等；天津等；上海环球金融中心上海环球金融中心101101层，高度达层，高度达492m492m。 高层（超高层）民用建筑物高层（超高层）民用建筑物
5、 现代变形监测技术现代变形监测技术72022年3月25日星期五上海金贸大厦高高420.5 m m8888层层钢钢- -混结构混结构建成于建成于19981998年年现代变形监测技术现代变形监测技术82022年3月25日星期五深圳地王大厦高高324.8m324.8m( (塔顶高塔顶高384m)384m)6969层层钢钢- -混结构混结构建成于建成于19961996年年现代变形监测技术现代变形监测技术92022年3月25日星期五高高380m380m( (天线顶部天线顶部405m)405m)建成于建成于19971997年年北京中央广播电视塔现代变形监测技术现代变形监测技术102022年3月25日星期五
6、1.1.阿拉伯联合酋长国阿拉伯联合酋长国迪拜塔迪拜塔828828米米2.2.广州电视塔广州电视塔600600米；米；3.3.加拿大多伦多电视塔为加拿大多伦多电视塔为553553米；米；4.4.莫斯科奥斯坦基诺电视塔为莫斯科奥斯坦基诺电视塔为540540米；米；5.5.上海东方明珠电视塔为上海东方明珠电视塔为468468米；米；6.6.吉隆坡梅纳拉电视塔为吉隆坡梅纳拉电视塔为421421米；米；7.7.天津电视塔为天津电视塔为415415米；米；8.8.北京中央广播电视塔为北京中央广播电视塔为405405米米 世界八大高塔世界八大高塔现代变形监测技术现代变形监测技术112022年3月25日星期五
7、哈利法塔（哈利法塔（Burj Khalifa Tower）原名迪拜塔）原名迪拜塔（Burj Dubai），位于），位于阿拉伯联合酋长国。阿拉伯联合酋长国。 2004年年9月月21日开始动工，日开始动工，2010年年1月月4日竣工启用，日竣工启用，耗资耗资10亿美元。亿美元。168层，钢混结构层，钢混结构总高总高828米米=601+227米米阿拉伯联合酋长国阿拉伯联合酋长国迪拜塔迪拜塔122022年3月25日星期五 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
8、600米。 广州塔（小蛮腰）132022年3月25日星期五上海广播电视塔上海广播电视塔( (东方明珠东方明珠) )总高度总高度468468米米(118(118米米+350+350米米) )建成于建成于19941994年年1010月月142022年3月25日星期五上海环球上海环球金融中心金融中心高高492m492m，101101层层钢钢- -混结构混结构20082008年建成年建成152022年3月25日星期五武汉长江大桥武汉长江大桥南京长江大桥南京长江大桥19571968162022年3月25日星期五九江长江大桥九江长江大桥润扬长江大桥润扬长江大桥172022年3月25日星期五芜湖长江大桥芜湖
9、长江大桥安徽省芜湖市的芜湖长江大桥，全长安徽省芜湖市的芜湖长江大桥，全长1061610616米，是米，是目前中国最长的公铁两用桥。跨江主桥长目前中国最长的公铁两用桥。跨江主桥长21932193米，米，大桥主跨大桥主跨312312米，是我国迄今为止公铁两用桥中跨米，是我国迄今为止公铁两用桥中跨度最大的桥梁度最大的桥梁182022年3月25日星期五铜陵长江大桥铜陵长江大桥安庆长江大桥安庆长江大桥192022年3月25日星期五马鞍山长江大桥马鞍山长江大桥 马鞍山长马鞍山长江大桥全长约江大桥全长约36.27436.274公里。公里。 其中跨江主体其中跨江主体工程长工程长11.20911.209公里，南
10、岸接公里，南岸接线长线长19.32019.320公公里，北岸接线里，北岸接线5.7455.745公里，公里，项目总投资约项目总投资约70.7870.78亿元。亿元。 20132013年年1212月月3131日投入使用。日投入使用。 202022年3月25日星期五万里长江第一坝万里长江第一坝葛洲坝葛洲坝212022年3月25日星期五葛洲坝葛洲坝发电厂房与泄洪闸发电厂房与泄洪闸222022年3月25日星期五 长江三峡水电枢纽长江三峡水电枢纽三峡大坝全景三峡大坝全景232022年3月25日星期五三峡大坝三峡大坝施工现场施工现场242022年3月25日星期五长江三峡水电枢纽长江三峡水电枢纽三峡大坝卫星
11、影像图三峡大坝卫星影像图252022年3月25日星期五安徽安徽佛子岭水电大坝佛子岭水电大坝新中国第一坝新中国第一坝始建于始建于1952年年建成于建成于1954年年2005年国家投资年国家投资1.66亿对其进行检测加固亿对其进行检测加固262022年3月25日星期五安徽金寨安徽金寨梅山水电大坝梅山水电大坝272022年3月25日星期五利用全自动全站仪利用全自动全站仪进行大坝监测进行大坝监测282022年3月25日星期五利用近景摄影测量方法利用近景摄影测量方法进行大坝监测进行大坝监测292022年3月25日星期五浙江秦山核电站302022年3月25日星期五北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机312
12、022年3月25日星期五中国科技大学中国科技大学同步辐射加速器同步辐射加速器322022年3月25日星期五中科院合肥等离子研究所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）托特马克装置（用于等离子研究的核聚变装置）332022年3月25日星期五巨型对天射电望远镜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)342022年3月25日星期五 当变形值在一定限度之内时，可认为是正常现象，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如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，
13、严重时还会危及建筑物的安全和人民生命财产用，严重时还会危及建筑物的安全和人民生命财产的安全。的安全。 因此，在工程建（构）筑物的施工、使用和运营因此，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。期间，必须对它们进行必要的变形监测。一、变形与变形监测一、变形与变形监测 变形变形 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 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 352022年3月25日星期五 变形监测变形监测包括内部监测和外部监测两部分。包括内部监测和外部
14、监测两部分。 内部变形监测内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、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；温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等； 外部变形监测外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）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、筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。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，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。一般应同时进行，以便互相验证和补充。一、变形与变形监测一、变形与变形监
15、测 所谓变形监测，就是利用专门的仪器和设备测定建所谓变形监测，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）筑物荷载和外力作用（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。下随时间而变形的测量工作。362022年3月25日星期五一、变形与变形监测一、变形与变形监测 从广义上说，变形监测的研究范围应包括：从广义上说，变形监测的研究范围应包括：（1 1）全球性变形测量：）全球性变形测量：研究地极移动、地球自转研究地极移动、地球自转速度以及地壳板块运动等变形测量工作。速度以及地壳板块运动等变形测量工作。（2 2）区域性变形测量：）区域性变形测量：研究同一地壳板块
16、范围内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的变形状态，以及相邻板块交界处的相对变形测量工作。工作。（3 3）局部性变形测量：）局部性变形测量：研究工程建（构）筑物的研究工程建（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。是本课程学习的重点内容。372022年3月25日星期五二、变形产生的原因与类型二、变形产生的原因与类型1.1.变形产生的原因变形产生的原因 ( (1) 1) 自然条件及其变化自然条件及其变化 建筑物地基的工程地质、
17、水文地质、大气温度的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。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，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周降，使其产生倾斜或裂缝；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。
18、降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。 (2) (2) 与建筑物本身相联系的原因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。荷载的作用、工艺设备的重量等。 382022年3月25日星期五二、变形产生的原因与类型二、变形产生的原因与类型1.1.变形产生的原因变形产生的原因 (1) (1) 自然条件及其变化自然条件及其变化 （地质、水文、气象、相邻建筑物的影响）（地质、水文、气象、相邻建筑物的影响） (2) (2) 与建筑物本身相联系的原因与建筑物本身相联系的原因 （结构形式、本身荷重、动
19、态荷载）（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。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通常，这些大型建（构）筑物变形的原因都是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管理阶段。理阶段。 392022年3月25日星期五二、变形产生的原因与类型二、变形产生的原因与类型2.2.变形的类型变形的类型 (1) (1)按变形性质可以分为按变形性质可以分为周期性变形周期性变形和和瞬时变形瞬时变形 (
20、2) (2)按变形状态则可分为按变形状态则可分为静态变形静态变形和和动态变形动态变形 静态变形静态变形: : 是指变形监测结果仅表示为时间的函数；是指变形监测结果仅表示为时间的函数； 动态变形动态变形 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。表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。 402022年3月25日星期五 是周期性地对拟定的观测点进行重复观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；或测，求得其在两个观
21、测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。时变形。三、变形监测的主要任务三、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（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及对观测的要求来选定，这将在以后各章节中详细介绍。详细介绍。1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 412022年3月25日星期五四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义( (一一) )变形监测的意义变形监测的意义
22、根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变形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）筑物产生变形件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变形是不可避免的。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。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危险甚至破坏，给人民的生命财产造成
23、极大的损失。失。1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 422022年3月25日星期五1.1.国外出现的典型实例国外出现的典型实例 (1)(1)法国马尔巴塞大坝（法国马尔巴塞大坝（MalpassetMalpasset），这座），这座高高67m67m的拱坝建成的拱坝建成5 5年后，于年后，于19591959年年1212月倒塌，月倒塌，其下游其下游10km10km处的费雷加斯城在处的费雷加斯城在4545分钟内被滚滚分钟内被滚滚而下的洪水夷为平地。而下的洪水夷为平地。 (2)(2)意大利意大利262m262m高的瓦依昂（高的瓦依昂（VajontVajont）拱坝）拱坝1
24、9631963年因上游库岸大滑坡，导致涌浪翻坝且水库年因上游库岸大滑坡，导致涌浪翻坝且水库淤满而失效。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 432022年3月25日星期五四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义 2.2.国内出现的典型实例国内出现的典型实例 (1)(1)我国板桥和石漫滩两座土坝我国板桥和石漫滩两座土坝19751975年洪水破坝失年洪水破坝失事，造成灾害。事，造成灾害。 (2)(2)在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其旁边（仅相隔旁边（仅相隔1m1m多）新建高层建筑物的影响，造成多）新建高层建筑物的
25、影响，造成地面开裂，该地面开裂，该6 6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠向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。新建高层建筑成为危房而拆除。 (3)(3)由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世纪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。初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。 442022年3月25日星期五四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义 2.2.国内出现的典型实例国内出现的典型实例 (4)(4)多起桥梁的倒塌事故给国家和地方造成了巨多起桥梁的倒塌事故给国家和地方造成了巨大的损失。大的损失。 (5)2007(5)
26、2007年年1111月月2020日湖北省恩施市高阳寨隧道日湖北省恩施市高阳寨隧道崩塌，证实崩塌，证实3131人死亡、人死亡、1 1人失踪。人失踪。0808年杭州地铁年杭州地铁塌陷、塌陷、0909年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等。年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等。 (6)2007(6)2007年年1111月月2424日下午日下午3 3点山西省侯马市西客点山西省侯马市西客站候车大厅举行封顶典礼，站候车大厅举行封顶典礼，2525日凌晨日凌晨1 1点倒塌。点倒塌。 452022年3月25日星期五 为此，对于大型建（构）筑物的灾害变为此，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形监
27、测与防治已越来越受到全社会的普遍关注和重视。注和重视。 经过经过2020多年的努力，广大测量科技工作者多年的努力，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。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四、变形监测的目的和意义 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 462022年3月25日星期五 例一例一: : 四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义 19851985年年6 6月月1212日长江三峡新滩大滑坡的成日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾
28、害损失减少到最低限度。功预报，确保灾害损失减少到最低限度。 它不仅使滑坡区内它不仅使滑坡区内457457户计户计13711371人在滑坡前人在滑坡前夕全部安全撤离，无一人伤亡，而且使正在险夕全部安全撤离，无一人伤亡，而且使正在险区长江上、下游航行的区长江上、下游航行的1111艘船只及时避险。艘船只及时避险。 为国家减少直接经济损失为国家减少直接经济损失87008700万元，被誉为万元，被誉为我国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹。我国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹。 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 472022年3月25日星期五 例二例二: : 四、变形监测的
29、目的和意义四、变形监测的目的和意义 19981998年长江流域大洪水，湖北隔河岩大年长江流域大洪水，湖北隔河岩大坝成功利用坝成功利用GPSGPS自动化变形监测系统在抗洪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。汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 482022年3月25日星期五492022年3月25日星期五502022年3月25日星期五香港青马大桥变形监测香港青马大桥变形监测512022年3月25日星期五522022年3月25日星期五532
30、022年3月25日星期五 除了这些为保证大型建（构）筑物安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，还有许全运营所进行的变形监测工作以外，还有许多测绘、土木建筑、铁路、桥梁和水利工程多测绘、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。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四、变形监测的目的和意义 (一一)变形监测的意义变形监测的意义( (二二) )变形监测的目的变形监测的目的
31、1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 542022年3月25日星期五552022年3月25日星期五562022年3月25日星期五四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义( (二二) )变形监测的目的变形监测的目的 综上所述，建（构）筑物变形监测的目的有二：综上所述，建（构）筑物变形监测的目的有二：(1)(1)监测监测以保证建（构）筑物的安全为目的以保证建（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，的变形的空间状态和时间特性；在发生不正常现象时，
32、可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。证建（构）筑物的安全。（变形的几何分析）（变形的几何分析）(2)(2)科研科研以积累资料、优化设计为目的以积累资料、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工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。据。（变形的物理解释）（变形的物理解释）572022年3月25日星期五 由此可见，
33、通过变形监测，可以检查各由此可见，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；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；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。艺的性能作出科学的客观评价。四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义( (二二
34、) )变形监测的目的变形监测的目的582022年3月25日星期五四、变形监测的目的和意义四、变形监测的目的和意义( (二二) )变形监测的目的变形监测的目的 为了达到此目的，应在工程建筑物设为了达到此目的，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
35、工就进行观测，一直上，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止为止。持续到变形终止为止。592022年3月25日星期五 随着我国经济建设的蓬勃发展，带动了许多关系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。到国计民生的大型基础设施的建设。例如例如: : (1) (1)兴建了众所周知的葛洲坝和长江三峡大坝等许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；多大型水电枢纽工程； (2)(2)已建成或在建中的数十座长江大桥和跨海大桥，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；以及高速铁路的建设； (3)(3)许多大型工业厂房分布祖国
36、各地，高层民用建许多大型工业厂房分布祖国各地，高层民用建筑和超高层建筑已如雨后春笋般地耸立在大江南北、筑和超高层建筑已如雨后春笋般地耸立在大江南北、各大城市。各大城市。 五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 602022年3月25日星期五 上述大型基础设施的建设，不仅推动了我国上述大型基础设施的建设，不仅推动了我国经济建设和现代化建设的进一步发展，使农村脱经济建设和现代化建设的进一步发展，使农村脱贫致富、工业逐步强大、城市更加繁荣，也促进贫致富、工业逐步强大、城市更加繁荣，也促进了我国在土木、水利
37、、交通设计和建筑新材料方了我国在土木、水利、交通设计和建筑新材料方面的研究、施工技术和工艺方面的创新等等。面的研究、施工技术和工艺方面的创新等等。 同时，因建（构）筑物越来越高、规模越来同时，因建（构）筑物越来越高、规模越来越大，为保证这些建（构）筑物的安全使用以及越大，为保证这些建（构）筑物的安全使用以及设备正常运转，对变形监测工作也就提出了更高设备正常运转，对变形监测工作也就提出了更高的要求。的要求。五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 612022年3月25日星期五(1)(1)利用常规测量仪
38、器进行的传统变形观测方法；利用常规测量仪器进行的传统变形观测方法；(2)(2)激光准直；激光准直；(3)(3)近景摄影测量；近景摄影测量；(4)(4)各类位移传感器；各类位移传感器；(5)(5)数字水准仪；数字水准仪；(6)(6)全自动电子全站仪（测量机器人）；全自动电子全站仪（测量机器人）；(7)(7)三维立体激光扫描仪；三维立体激光扫描仪；(8)(8)全球卫星导航定位系统（全球卫星导航定位系统（GNSSGNSS） 1.变形监测工作发展过程变形监测工作发展过程五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 622022年3月25日星期五 利用上述测量新技术利用上述测量新技术
39、, ,可进行全天候自动变可进行全天候自动变形监测，测量仪器和测量手段的不断更新，形监测，测量仪器和测量手段的不断更新，新技术和相关学科的不断融合，使得人们对新技术和相关学科的不断融合，使得人们对变形观测和变形分析的研究也越来越深入。变形观测和变形分析的研究也越来越深入。 1.变形监测工作发展过程变形监测工作发展过程五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 632022年3月25日星期五 随着近年来大型工业厂房建筑和城市高随着近年来大型工业厂房建筑和城市高层、超高层民用建（构）筑物的日益增多，层、超高层
40、民用建（构）筑物的日益增多，这些位于人口密集、城市中心地带的巨型建这些位于人口密集、城市中心地带的巨型建筑物，其可能存在的安全隐患，越来越受到筑物，其可能存在的安全隐患，越来越受到各个国家有关部门的高度重视。各个国家有关部门的高度重视。 1.变形监测工作发展过程变形监测工作发展过程五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 642022年3月25日星期五 我国为保证这些高层建筑物的安全施工和使用，我国为保证这些高层建筑物的安全施工和使用，制定了相应的法律和法规，确保变形监测工作纳入制定了相应的法律和法规
41、，确保变形监测工作纳入有序轨道，并贯穿于高层、超高层等大型建（构）有序轨道，并贯穿于高层、超高层等大型建（构）筑物的勘测、设计、施工和运营管理的各个阶段。筑物的勘测、设计、施工和运营管理的各个阶段。 国家建设部于国家建设部于19981998年颁布实施了年颁布实施了建筑变形测量建筑变形测量规程规程（中华人民共和国行业标准（中华人民共和国行业标准JGJJGJT 8T 89797），），进一步规范了变形观测工作，使大型建（构）筑物进一步规范了变形观测工作，使大型建（构）筑物的变形监测工作有了技术保障。（的变形监测工作有了技术保障。（20082008年修订）年修订） 五、五、我国建（构）筑物变形监测概
42、况我国建（构）筑物变形监测概况 1.1 1.1 变形测量的意义、目的和内容变形测量的意义、目的和内容 652022年3月25日星期五2高层建（构）筑物的变形特点高层建（构）筑物的变形特点 关于高层建筑和超高层建筑的划分，就我国而言，关于高层建筑和超高层建筑的划分，就我国而言，大体上可以这样划分：大体上可以这样划分：4 4层以下为一般建筑；层以下为一般建筑；5 58 8层为多层建筑；层为多层建筑；9 92020层为高层建筑；层为高层建筑；2020层以上为层以上为超高层建筑。超高层建筑。 （1）基础较深，需进行基坑回弹测量 从结构设计的角度出发，高层建筑为减少本身对从结构设计的角度出发，高层建筑为
43、减少本身对地基产生的附加荷载，从而减小总沉降量及沉降差。地基产生的附加荷载，从而减小总沉降量及沉降差。当土质较好时，可加大埋深，利用天然地基。当地当土质较好时，可加大埋深，利用天然地基。当地基深挖后，土的自重失去平衡，会产生基坑地面隆基深挖后，土的自重失去平衡，会产生基坑地面隆起变形，需进行基坑回弹测量起变形，需进行基坑回弹测量。 五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 662022年3月25日星期五序号序号建筑名称建筑名称建筑地址建筑地址建成年代建成年代高度高度(m)层数层数结构结构1台北台北101大厦大厦中国台北中国台北2005508101S+C2佩特纳斯大厦佩特
44、纳斯大厦吉隆坡吉隆坡199845295S+C3西尔斯大厦西尔斯大厦芝加哥芝加哥1974443110S+C4金茂大厦金茂大厦上海上海1998420.588S+C5国际金融中心国际金融中心香港香港2003413.890S+C6中信广场中信广场广州广州1997391.180C7地王大厦地王大厦深圳深圳199638481S+C8帝国大厦帝国大厦纽约纽约1931381102S9中环广场中环广场香港香港199237478S10中国银行大厦中国银行大厦香港香港198936972S+C11世贸大厦世贸大厦1 1号楼号楼纽约纽约1972417110S12世贸大厦世贸大厦2 2号楼号楼纽约纽约1973415110
45、S世界十大高层建筑物世界十大高层建筑物 672022年3月25日星期五国际部分最高层建筑国际部分最高层建筑 台北101大厦508米2005年建成 佩特纳斯大厦 452米，95层1998年建成 纽约世贸大厦 417米，101层1972年建成 682022年3月25日星期五2 2高层建（构）筑物的变形特点高层建（构）筑物的变形特点（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 高层建筑由于层数多，荷重大。因此，沉降量高层建筑由于层数多，荷重大。因此，沉降量也较大。也较大。 例如上海有的建筑物下沉量达例如上海有的建筑物下沉量达180180厘米。高层建厘米。高层建筑对差异沉降极为敏
46、感，不仅本身下沉，而且对邻筑对差异沉降极为敏感，不仅本身下沉，而且对邻近建筑物也有影响。所以，在施工期间和竣工之后近建筑物也有影响。所以，在施工期间和竣工之后都要定期进行沉降观测。都要定期进行沉降观测。 五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 692022年3月25日星期五2 2高层建（构）筑物的变形特点高层建（构）筑物的变形特点（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 高层建筑除在设计时注意控制水平荷载产生的高层建筑除在设计时注意控制水平荷载产生的位移，施工时要分层计算逐层调整外，建成之后仍位移，施工时要分
47、层计算逐层调整外，建成之后仍要进行倾斜监测。其倾斜与地基和整体刚度有关。要进行倾斜监测。其倾斜与地基和整体刚度有关。 例如意大利的古建筑比萨斜塔，例如意大利的古建筑比萨斜塔，8 8层高层高54m54m。从从19181918年开始倾斜观测，建成至今年开始倾斜观测，建成至今630630多年共倾斜多年共倾斜4.40m4.40m。五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 702022年3月25日星期五意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔苏州虎丘塔苏州虎丘塔712022年3月25日星期五2 2高层建（构）筑物的变形特点高层建（构）筑物的变形特点（1）基础较深，需进行基坑回弹测量（2）沉降
48、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 高层建筑在风荷载作用下，受振动而变形，特高层建筑在风荷载作用下，受振动而变形，特别在台风地区更为明显。别在台风地区更为明显。 例如美国纽约的例如美国纽约的“帝国大厦帝国大厦”102102层，高层，高381m381m，在最大风力在最大风力117.3m/s117.3m/s时，其最高点要偏离时，其最高点要偏离16.5cm16.5cm，在偏离处还要引起振幅为在偏离处还要引起振幅为18.3cm18.3cm的振动，因此最的振动，因此最大偏离可达大偏离可达25.65cm25.65cm。五、五、我国建（构）筑物变形监测概况
49、我国建（构）筑物变形监测概况 722022年3月25日星期五（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 高层建筑物墙体平面尺寸较大，受日照高层建筑物墙体平面尺寸较大，受日照变形的影响是不可忽视的。变形的影响是不可忽视的。 2 2高层建（构）筑物的变形特点高层建（构）筑物的变形特点（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，需进行倾斜观测五、五、我国建（构）筑物变形监测概况我国建（构）筑物变形监测概况 732022年3月25日星期五3其它建（构）筑物的主要变形特点其它建（构）筑物的主要变形特点 其它大型工程建（构）筑物除与上述高
50、层和超其它大型工程建（构）筑物除与上述高层和超高层建筑具有部分共性外，还具有一些各自的变形高层建筑具有部分共性外，还具有一些各自的变形特点。特点。例如：例如： 大型桥梁的桥墩大型桥梁的桥墩因长期受到水流的冲击，易产生因长期受到水流的冲击，易产生水平位移甚至滑动，而桥梁与桥面则在交通工具通水平位移甚至滑动，而桥梁与桥面则在交通工具通过时必然会在垂直方向上产生垂曲和振动；过时必然会在垂直方向上产生垂曲和振动； 水利大坝水利大坝因长期受到上下游水位落差的压力，坝因长期受到上下游水位落差的压力，坝体必然要产生挠曲或水平位移。体必然要产生挠曲或水平位移。 这些变形通常随着一年四季大气、水温的变化，这些变
