1、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第第4 4章章 变形监测数据处理基础变形监测数据处理基础现代变形监测技术现代变形监测技术4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要
2、内容4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 变形观测能否在工程运营管理中，起到指变形观测能否在工程运营管理中，起到指导工程安全使用和充分发挥工程效益的作用，导工程安全使用和充分发挥工程效益的作用，除了现场观测取得第一手资料外，还必须进行除了现场观测取得第一手资料外，还必须进行观测资料的整理、分析。观测资料的整理、分析。变形监测技术资料整理、分析，主要包括变形监测技术资料整理、分析，主要包括以下几方面的内容：以下几方面的内容：一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制 二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编 三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 一、
3、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制 变形监测技术资料主要包括：变形监测技术资料主要包括：1 1变形监测技术方案设计（监测方案编制）；变形监测技术方案设计（监测方案编制）；2 2变形监测工作技术总结；变形监测工作技术总结；3 3变形观测数据、计算、分析等成果的编制变形观测数据、计算、分析等成果的编制与汇总。与汇总。监测方案是指导监测工作具体实施的主要技术监测方案是指导监测工作具体实施的主要技术文件，应在项目开始前，认真研究工程规模和重点、文件，应在项目开始前，认真研究工程规模和重点、技术关键和难点、工作环境与条件，并尽可能多地技术关键和难点、工作环境与条件，并尽可能多地收集现有技术
4、资料，在此基础上进行编制。收集现有技术资料，在此基础上进行编制。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）1 1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则（1 1）监测方案应以安全监测为目的，根据不同的工程）监测方案应以安全监测为目的，根据不同的工程性质和施工方法，确定监测对象；针对监测对象安全性质和施工方法，确定监测对象；针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。稳定的主要指标进行方案设计。（2 2）根据监测对象的重要性确定监测规模和
5、具体内容。）根据监测对象的重要性确定监测规模和具体内容。（3 3）在条件允许的前提下应尽可能采用先进的监测技）在条件允许的前提下应尽可能采用先进的监测技术，确保监测效率和精度；为增强成果的可靠性，可术，确保监测效率和精度；为增强成果的可靠性，可根据需要采用多种方法，相互比较与验证。根据需要采用多种方法，相互比较与验证。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）1 1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则（4 4）监测方案在满足监测性能
6、和精度的前提下，应）监测方案在满足监测性能和精度的前提下，应考虑临时监测项目和永久监测项目之间的衔接，应力考虑临时监测项目和永久监测项目之间的衔接，应力求减少监测成本，提高监测工作的效益。求减少监测成本，提高监测工作的效益。（5 5）在满足工程安全的前提下，监测点位布设和监）在满足工程安全的前提下，监测点位布设和监测周期的确定应尽量与工程现场条件和施工进度协调测周期的确定应尽量与工程现场条件和施工进度协调一致，减少交叉影响。一致，减少交叉影响。（6 6）监测方案的编制应按照国家现行的有关规定、）监测方案的编制应按照国家现行的有关规定、规范和标准执行。规范和标准执行。4.1 4.1 变形监测技术
7、资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）1 1变形监测监测方案编制原则变形监测监测方案编制原则2 2监测项目的确定监测项目的确定 监测具体项目的选择与确定，应考虑如下因素：监测具体项目的选择与确定，应考虑如下因素：（1 1）工程地质条件与水文地质条件；）工程地质条件与水文地质条件；（2 2）工程规模与技术难点，包括：工程结构设计形）工程规模与技术难点，包括：工程结构设计形式、地基基础深度、施工工艺与方法，以及工程进度；式、地基基础深度、施工工艺与方法，以及工程进度；（3
8、 3）工程施工的气象条件与周边的环境，包括与周）工程施工的气象条件与周边的环境，包括与周围地面和地下建筑物、构筑物的相对关系等。围地面和地下建筑物、构筑物的相对关系等。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）3 3监测方案编制的步骤监测方案编制的步骤（1 1）收集监测工作所需的基础技术资料；）收集监测工作所需的基础技术资料；（2 2）现场踏勘，了解掌握周围环境；）现场踏勘，了解掌握周围环境；（3 3）编制监测方案初稿；）编制监测方案初稿；（4
9、 4）会同有关部门（包括甲方、施工方、监理方等）会同有关部门（包括甲方、施工方、监理方等）确定各类监测项目和数据的控制基准；确定各类监测项目和数据的控制基准；（5 5）监测方案上报审查、修改完善、报批执行。）监测方案上报审查、修改完善、报批执行。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）4 4编制监测方案的基础资料编制监测方案的基础资料（1 1）有关图纸资料：地形图、工程设计图等；）有关图纸资料：地形图、工程设计图等；（2 2）地质水文勘查报告
10、；）地质水文勘查报告；（3 3）工程施工技术方案和施工组织设计资料；）工程施工技术方案和施工组织设计资料；（4 4）最新监测仪器信息以及类似工程的经验资料等；）最新监测仪器信息以及类似工程的经验资料等；（5 5）国家现行的有关规定、标准规范和项目合同等。）国家现行的有关规定、标准规范和项目合同等。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）5 5监测方案的主要内容监测方案的主要内容（1 1）工程概况；）工程概况；（2 2）监测工作的目的与意义；）监测工作的目的与意义；（3 3）监测工作执行的技术标准
11、；）监测工作执行的技术标准；（4 4）监测的具体项目与测量点位的布设（包括图件）监测的具体项目与测量点位的布设（包括图件）（5 5）各监测项目的观测周期与频率；）各监测项目的观测周期与频率；（6 6）监测仪器设备、精度，以及具体观测方法；）监测仪器设备、精度，以及具体观测方法；（7 7）监测人员的配置、分工与工作职责；）监测人员的配置、分工与工作职责；（8 8）监测资料的整理、数据处理与变形分析方法；）监测资料的整理、数据处理与变形分析方法；（9 9）监测工作进度、工期、上报的对象与时限；）监测工作进度、工期、上报的对象与时限；（1010）项目管理与质量控制制度、注意事项及建议等。）项目管理与
12、质量控制制度、注意事项及建议等。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（一）变形监测技术方案设计（监测方案编制）（二）变形监测工作技术总结（二）变形监测工作技术总结 除上述监测方案的主要内容外，应对具体变形监测除上述监测方案的主要内容外，应对具体变形监测的数据进行处理，并评定其精度；分析成果可靠性，的数据进行处理，并评定其精度；分析成果可靠性，并对建筑物的安全进行评估预测。并对建筑物的安全进行评估预测。在技术总结中，还应包括在监测工作中出现的问题在技术总结中，还应包括在监测工作中出
13、现的问题和解决的措施、质量检查和监督部门对监测成果的检和解决的措施、质量检查和监督部门对监测成果的检查验收报告等。查验收报告等。（三）变形观测数据、计算、分析等成果的编（三）变形观测数据、计算、分析等成果的编制与汇总。制与汇总。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编 主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图和说明，使他们成为可供使用的成果。其编制成图和说明，使他们成为可供使用的成果。其具体内容应包括：具体内容应包括：1.1.校
14、核各项原始记录，检查各观测周期变形观测校核各项原始记录，检查各观测周期变形观测值的计算是否有错误；值的计算是否有错误；2.2.对各种变形值按时间逐点填写观测数值表、存对各种变形值按时间逐点填写观测数值表、存档或建立数据库档或建立数据库;3.3.绘制各种变形过程线，建筑物（或基础）变形分绘制各种变形过程线，建筑物（或基础）变形分布图。布图。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 变形观测资料整编工作的主要内容是将变形变形观测资料整编工作的主要内容是将变形观测值绘制成各种便于分析的图表，包括：观测值绘制成各种便于分析的图表，包括：（一）观测点变形过程线（一）观测点变形过程线 某观
15、测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累某观测点的变形过程线是以时间为横坐标，以累计变形值（位移、沉陷、倾斜、挠度等）为纵坐标计变形值（位移、沉陷、倾斜、挠度等）为纵坐标绘制成的曲线。绘制成的曲线。观测点变形过程线可直观地反映出变形的趋势、观测点变形过程线可直观地反映出变形的趋势、规律和幅度，对于初步判断建筑物的工作情况是否规律和幅度，对于初步判断建筑物的工作情况是否正常是非常有用的。正常是非常有用的。二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编 观测点变形过程曲线图观测点变形过程曲线图 （一）观测点变形过程线（一）观测点变形过程线 （
16、二）建筑物变形分布图（二）建筑物变形分布图 常用的变形分布图有：常用的变形分布图有：1 1变形值剖面分布图变形值剖面分布图 这种图是根据某一剖面上各观测点的变形值绘这种图是根据某一剖面上各观测点的变形值绘制而成的。分水平剖面图和竖直剖面图，能更直观制而成的。分水平剖面图和竖直剖面图，能更直观的反映同一水平上的位移、沉降和挠曲的情况。的反映同一水平上的位移、沉降和挠曲的情况。2 2建筑物（或基础）沉降等值线图建筑物（或基础）沉降等值线图 为了了解建筑物或基础的沉降情况，需绘制沉降为了了解建筑物或基础的沉降情况，需绘制沉降等值线图，以及建筑物周边地面的等降曲线图。等值线图，以及建筑物周边地面的等降
17、曲线图。二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.1 4.1 概述概述 变形观测点布置及沉降曲线图变形观测点布置及沉降曲线图iiiiivyvbxay三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 该阶段是分析归纳建筑物变形过程、变形规律、该阶段是分析归纳建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、分析变形的原因，变形值与引起变形因变形幅度、分析变形的原因，变形值与引起变形因素之间的关系，最好能找出它们之间的函数关系表素之间的关系，最好能找出它们之间的函数关系表达式，进而判断建筑物的工作情况是否正常。达式，进而判断建筑物的工作情况是否正常。在积累大量观测数据后，就可以进一步找出建筑在积累大量观测
18、数据后，就可以进一步找出建筑物变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以物变形的内在原因和规律，从而修正设计的理论以及所采用的各类经验公式等。及所采用的各类经验公式等。一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括：成因分析（定性分析）：成因分析（定性分析）：成因分析是对结构本身成因分析是对结构本身(内因内因)与作用在结与作用在结构物上的荷载（外因），加以分析、研究，确构物上的荷载（外因），加以分析、研究，确定变形
19、值变化的原因和规律性。定变形值变化的原因和规律性。一、变形监测技术资料的编制一、变形监测技术资料的编制二、观测资料的整理和整编二、观测资料的整理和整编4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括：成因分析（定性分析）成因分析（定性分析）统计分析统计分析 (定量分析定量分析)：根据成因分析的结果和其他相关影响，根据成因分析的结果和其他相关影响，对实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统对实测数据进行统计分析，剔除粗差和系统误差的影响，找出分布规律，从而导出变形误差的影响，找出分布规律，从而导出变形值与引起变形的有关因
20、素之间的值与引起变形的有关因素之间的函数关系函数关系。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编三、变形监测资料的分析三、变形监测资料的分析 具体内容包括：具体内容包括：成因分析（定性分析）成因分析（定性分析）统计分析（定量分析统计分析（定量分析)变形预报和安全判断：变形预报和安全判断：在变形分析的基础上，根据求得的变形在变形分析的基础上，根据求得的变形值与引起变形因素之间的函数关系，预报未值与引起变形因素之间的函数关系，预报未来变形值的范围、判断建筑物的安全程度。来变形值的范围、判断建筑物的安全程度。4.1 4.1 变形监测技术资料整编变形监测技术资料整编4.2 4.2 变形观
21、测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 1.1.测量平差的相关知识测量平差的相关知识 （测量误差理论）（测量误差理论）:(1)(1)变形控制网优化设计（最高精度、最小成本）；变形控制网优化设计（最高精度、最小成本）；(2)(2)具有固定基准的经典测量平差具有固定基准的经典测量平差(最小二乘法最小二乘法)；(3)(3)缺乏起算数据的秩亏自由网平差（广义逆矩阵）。缺乏起算数据的秩亏自由网平差（广义逆矩阵）。2.2.数学和数理统计的有关理论数学和数理统计的有关理论:(1)(1)随机变量及其概率分布；随机变量及其概率分布；(2)(2)假设检验原理与
22、方法（稳定性检验等）；假设检验原理与方法（稳定性检验等）；(3)(3)随机过程及其特征；随机过程及其特征；(4)(4)模糊数学。模糊数学。一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 二变形观测数据预处理二变形观测数据预处理 1.1.检查、计算各项观测数据是否满足检查、计算各项观测数据是否满足规范规范要求；要求；2.2.基准点基准点(或工作基点或工作基点)稳定性检验稳定性检验;NoImage 3.3.回归分析回归分析;4.4.系统误差判别和检查系统误差判别和检查;5.5.数据筛选与粗差探测数据筛选与粗差探测;(1)(1)拟合、推估、配置、滤波（平滑）；拟合、推估、配置、滤波（平滑）；(2)(2
23、)频谱分析法（等时动态）；频谱分析法（等时动态）；(3)(3)小波分析法（非平稳、不等时）。小波分析法（非平稳、不等时）。4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 一变形观测数据处理基础一变形观测数据处理基础 二变形观测数据预处理二变形观测数据预处理三变形分析、预报建模理论与方法三变形分析、预报建模理论与方法 1.1.曲线拟合与多元回归分析法（静态）；曲线拟合与多元回归分析法（静态）；2.2.时间序列分析模型时间序列分析模型(自相关、动态模型自相关、动态模型ARMA);ARMA);3.Kalman 3.Kalman滤波模型滤波模型(60(60年代，实时、动态、递推年
24、代，实时、动态、递推););3.3.频谱分析模型频谱分析模型(等时动态等时动态););4.4.灰色系统分析模型灰色系统分析模型(华中理工大学邓聚龙华中理工大学邓聚龙8282年年););5.5.人工神经网络分析模型人工神经网络分析模型(80(80年代，非线性、动态年代，非线性、动态)；6.6.遗传算法分析模型。遗传算法分析模型。4.2 4.2 变形观测数据处理的主要内容变形观测数据处理的主要内容 1 1变形监测技术资料主要包括哪些内容？变形监测技术资料主要包括哪些内容？2 2变形监测方案编制的步骤和主要内容。变形监测方案编制的步骤和主要内容。3 3简述建筑物变形观测资料整理和整编的主简述建筑物变形观测资料整理和整编的主要内容和步骤。要内容和步骤。4 4简述建筑物变形观测资料分析的主要目的简述建筑物变形观测资料分析的主要目的和主要内容。和主要内容。5 5定性分析？统计分析？定性分析？统计分析？6.6.分析说明不同工程（如高层建筑、桥梁、分析说明不同工程（如高层建筑、桥梁、大坝、地铁等）施工期间安全监测的主要内大坝、地铁等）施工期间安全监测的主要内容、方法，以及主要数据处理成果。容、方法，以及主要数据处理成果。第四章第四章 重点内容与思考题重点内容与思考题 谢谢！谢谢！现代变形监测技术现代变形监测技术
