1、土木工程测量 第第1515章章 变形测量变形测量15.1变形和变形测量概述15.2垂直位移测量15.3水平位移测量15.4倾斜测量15.5裂缝测量15.6日照变形测量15.7电子滑动式倾斜仪在变形测量中的应用 （1）设计高程的计算。计算设计高程的方法是：先将每个方格四角点的地面高程取平均值作为各自方格的平均高程，然后将所有方格平均高程的总和除以方格数，即得到所要求的水平面的设计高程。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述变形变形1.建筑物的变形按其性质分为水平变形和垂直变形；按其变形的类型可分为静态变形和动态变形。静态变形是指变形值是时间的函数，即变形观测结果只表示某一期间的
2、变形值；动态变形是指在外力作用下产生的变形，其观测结果表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述变形产生的原因第一种是建筑物自身的荷载，包括建筑物的结构荷载及震动、风力作用的动荷载；第二种是建筑物所处的自然环境状况及其变化，如建筑物基础的工程地质条件、水文地质条件、土壤性质及大气温度变化；第三种是对建筑物在勘测、设计、施工及运行过程中的处理不符合规定。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述变形测量变形测量2.变形测量提供了建筑物动态变化和工作情况的监测资料，这对分析原因、采取措施、防止事故、改善运行管理方式、保证安全是十分重要的。
3、另外，通过对建筑物施工和运营期间的变形观测资料进行分析研究，还可以验证地基、基础的计算理论和方法及工程结构设计的合理性，为确定不同的地基和工程结构的允许变形值和建筑物的设计、施工、管理及科学研究工作提供第一手资料。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述变形测量的内容要视建筑物的性质与地质情况而定，要求有针对性，要正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运行、了解变形规律的目的。例如，对于大型桥梁和超高层建筑物的基础来说，主要进行的是沉降观测，通过沉降观测可以计算绝对沉降值、平均沉降值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉降速度等；对于建筑物本身来说，主要进行的是倾斜和裂缝观测。
4、15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述 变形测量的任务是周期性地对变形点进行多次观测，以取得相邻时间间隔的变化量。变形测量的观测周期应根据建（构）筑物的构造特性、重要性、变形性质、变形大小与速率、工程地质条件与施工进度、运行年限等综合考虑，要求观测次数能反映变形的全过程。在施工期间经常根据荷载增加情况进行观测。观测点埋设稳定后即进行第一次观测，以后一般应每增加10%20%的荷载观测一次。工程竣工后，为了保证建（构）筑物运行安全和便于管理维修，一般是竣工后第一年每季度观测一次，第二年观测两次，如无异常变化以后每年观测一次。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述
5、15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述 变形测量的精度要求与建筑物的性质有关，由建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的来决定。预计变形值小时观测精度要求高；若观测结果用于科学研究，则观测精度要求高。如何根据允许变形值来确定观测精度是一个有待研究的问题。目前提倡的做法是，若观测的目的是使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于变形值的1/20；若观测的目的是研究变形的过程，则其中误差应比上述值小。根据工程测量规范（GB 500262007）的规定，变形测量的等级和精度应符合表15-1的要求。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述
6、 值得说明的是，测量允许误差不是建筑物允许变形值的全部，因为建筑物允许变形值还应包含施工误差，一般来说测量允许误差占允许变形值的1/31/2。为了保证观测精度，周期性观测应在相同的条件下进行，每次观测应尽可能做到采用相同的观测路线、观测程序和观测方法，主要观测人员不要变更，使用的仪器及附属设备不要变更。15.1 15.1 变形和变形测量概述变形和变形测量概述 垂直位移控制网的建立和水准点的埋设15.2.1 垂直位移测量即沉降测量，其控制网可以布设成闭合水准路线或附合水准路线，根据工程测量规范（GB 500262007）的规定，控制网的主要技术要求见表15-2。15.2 15.2 垂直位移测量垂
7、直位移测量 高程系统既可采用原有高程系统，也可采用假定高程系统。当监测工程的范围较大时，应与该地区的水准点联测。垂直位移测量以水准点为依据，水准点的埋设要求如下：（1）水准点应坚实稳固，保持垂直方向稳定，并且位于观测点附近，便于观测及长期保存。（2）水准点应埋设于变形区以外的基岩或原土上，并在建（构）筑物和基础压力以外，远离各种机械震动的影响范围，并且其底部必须在冻土层以下0.3 m。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （3）由于地区或施工条件的限制，水准点必须设置在变形区以内时，应采用深埋式水准点埋在稳定的土石层上。深埋式水准点15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （4）水
8、准点既可设立在永久且已稳定的建筑物上，也可以用基岩凿设标志。（5）为了校核，水准点不得少于三个。当水准点离变形观测点太远时，为了工作方便，常在建筑物附近设立工作基准点，以工作基准点来测定变形观测点，而工作基准点是否发生高程变化，则由水准点检测确定。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 垂直位移观测点的布设15.2.2 建（构）筑物的垂直位移测量包括基础的沉降测量与建（构）筑物本身的变形测量。在拟定沉降测量点的布置方案时，通常由设计部门和使用部门提出，由施工方做出布设方案。埋设的观测点应有足够的数量，以便能反映出整个建筑物的沉降状态，具体的布设要求如下：（1）观测点应稳定可靠，便于长期保
9、存及观测，不影响施工和建筑物的使用、美观，与环境相配合。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （2）观测点应布设在变形明显而又有代表性的部位，如对于方形建筑物，应布设在角点、中点和转角处，如图15-2所示；对于高大圆形或椭圆形的建筑物，应布设在其周围或轴线上，如图15-3所示。图15-3 圆形和椭圆形建筑物垂直位移观测点的布设图15-2 方形建筑物垂直位移观测点的布设15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （3）对于承重墙，可沿墙的长度每隔812 m设置一个观测点；在转角处、纵横墙连接处及沉降缝的两侧也应布设观测点；对于框架式的建筑物，应在柱子的基础上布设观测点。（4）对于工业厂
10、房，应在承重墙、柱子及主要设备基础的四周布设观测点。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 变形观测点的标志形式和大小要根据实际情况而定。图15-4（a）所示为墙、柱上的观测标志；图15-4（b）所示为隐蔽式观测标志，观测时将球形标志旋入孔洞内，用完将标志旋下，换上罩盖，这种形式有利于观测点的保存；图15-4（c）所示为混凝土基础上的观测标志；图15-4（d）所示为在钢柱上焊接一个角铁作为观测标志。变形观测点的标志形式15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 垂直位移测量的内容及注意事项15.2.3垂直位移测量的内容垂直位移测量的内容1.1）水准点的观测 水准点一般都采用精密水准仪和
11、铟瓦水准尺配套进行观测，其作业方法与二、三等水准测量基本相同。要选择外界条件相近的情况进行观测，以减少外界条件对观测的影响。水准点是建筑物沉降测量的依据，在施测完成后应定期在适当时间进行校核。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 确定点的高程8.1.1 点的高程是利用地形图上等高线的高程内插得到的，一般有以下两种情况：（1）地面点恰好在某条等高线上。此时该点的高程即等于其所在等高线的高程。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （1）精密水准测量。观测点常采用精密水准仪进行观测（具体方法见第2章的有关内容）。观测时应按相应等级的精度要求进行，观测精度应根据设计部门的要求和建筑物的
12、允许变形值来确定。（2）液体静力水准测量。液体静力水准测量不像常规水准测量那样要求前后视通视、前后视距差有一定的限制、受天气等因素的限制等，它具有自动化程度高，能够实时监测，能远程、高效地采集数据且采集速度快、精度高的特点。因此，液体静力水准测量在地铁运营阶段的沉降监测中得到了广泛应用。2 2）观测点的观测）观测点的观测15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 对观测点的观测应该是周期性的长期观测，以求得同一观测点的高程变化量。对建筑工程施工阶段观测周期的要求如下：（1）在基础混凝土浇筑、回填土、结构安装等前后荷载增加较大时应进行观测。（2）施工期间建筑物每增加12层、电视塔及烟囱等高度每
13、增加15 m左右观测一次。3 3）沉降观测周期）沉降观测周期15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （3）当遇基础周围的荷载突然增加、暴雨导致大量积水时均应进行观测。（4）在停止增加荷载至交工前期间，一般要求在三个月内平均月沉降量不超过1 mm时，每季度观测一次；季平均沉降量不超过2 mm时，每半年观测一次；交工前应做一次观测。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （1）立尺要竖直，刮风、下雨天或太阳暴晒时不要观测。（2）观测视线高度要求。二等观测视线应高于0.5 m，三等观测视线应高于0.3 m，四等观测视线应高于0.2 m。（3）观测视线长度要求。二等观测视线长度不应大于30
14、 m，三等观测视线长度不应大于50 m，四等观测视线长度不应大于75 m。1 1）精密水准测量的注意事项及主要技术要求精密水准测量的注意事项及主要技术要求垂直位移测量的注意事项及主要技术要求垂直位移测量的注意事项及主要技术要求2.15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （4）单站前后视线长度较差要求。二等观测单站前后视线长度较差不应大于0.5 m，三等观测不应大于2 m，四等观测不应大于5 m。（5）累计长度较差要求。二等观测累计长度较差不应大于1.5 m，三等观测不应大于 3 m，四等观测不应大于8 m。（6）附合水准路线或闭合水准路线闭合差的要求。附合水准路线或闭合水准路线的闭合差，
15、对于二等观测不应大于0.3n mm，对于三等观测不应大于0.6n mm，对于四等观测不应大于1.4n mm（n为测站数）。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （1）观测前，应对观测头的零点差进行检验。应保持连通管路无压折，管内无气泡。（2）观测时观测头的圆气泡应居中，测线两端测站的环境温度不宜相差过大。（3）仪器对中误差不应大于2 mm，倾斜度不应大于10。（4）液体静力水准测量两次观测高差之差的要求。液体静力水准测量两次高差之差，对于二等观测不应大于0.3 mm，对于三等观测不应大于0.6 mm，对于四等观测不应大于1.4 mm。2 2）液体静力水准测量的注意事项及主要技术要求液体
16、静力水准测量的注意事项及主要技术要求15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 （5）液体静力水准测量附合水准路线或闭合水准路线闭合差的要求。液体静力水准测量附合水准路线或闭合水准路线的闭合差，对于二等观测不应大于0.3n mm，对于三等观测不应大于 mm，对于四等观测不应大于 mm（n为测站数）。n6.0n4.115.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 垂直位移测量成果资料的整理15.2.4 在垂直位移测量中应随时收集有关资料，主要包括水准点布置图，水准点高程、位置和编号，变形观测点布置图，施工过程中的地质情况和地下水情况，荷载增加情况，暴雨积水情况等，为沉降情况分析和交工时提交资料做
17、好准备。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量 根据观测成果分别绘制时间-荷载关系曲线图和时间沉降量关系曲线图。其中，上部是时间荷载关系曲线图，它是以时间T为横轴，以荷载P为纵轴，按每次观测的日期与每次观测时的总荷载展点，并连接各点所得的曲线；下部是时间沉降量关系曲线图，它是以时间T为横轴，沉降量S为纵轴，按每次观测日期和累积下沉量展点，并连接各点所得的曲线。15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量时间-荷载关系曲线（上）和时间沉降量关系曲线（下）15.2 15.2 垂直位移测量垂直位移测量水平位移测量主要包括同一高程面上不同点位在垂直于建
18、筑物轴线方向的水平位移测量、同一铅垂线上的不同高程面上的水平位移测量及任意点在任意方向上的水平位移测量。其观测方法应根据实际情况选用基准线法、前方交会法、极坐标法、GPS法、经纬仪投点法和小角度法。这里仅介绍基准线法、前方交会法、极坐标法和GPS法。15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量基准线法基准线法1.基准线法的原理是以通过建筑物轴线或平行于建筑物轴线且固定不变的铅直平面为基准面而形成基准线，根据基准线来测量建筑物的水平位移。在实际工作中，除了使用经纬仪或全站仪建立基准线外，还可应用激光束建立基准线。由于水平位移一般来说很小，因此对位移测量的精度要求很高。为此，当采用基准线法进行水平
19、位移测量时，应符合下列要求：15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量 （1）应在建（构）筑物的纵横轴（或平行于纵横轴）方向埋设控制点。（2）在基准线上应至少埋设三个控制点，其间距应不小于控制点到最近观测点的距离。（3）观测点应尽可能设置在基准线上，在困难条件下观测点偏离基准线的距离不应大于20 mm。15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量前方交会法前方交会法2.前方交会法用来测定建筑物的水平位移，即对定期多次测量出的观测点的坐标值进行比较，或者利用控制点建立方向线进行交会。采用前方交会法进行水平位移测量时应符合下列要求：（1）控制点应不少于三个，其间距应不小于交会边的长度。（2）交会
20、角应为60120。（3）当采用方向线交会时，若从三个测站上测设三条方向线不交会成一点，而是形成误差三角形，则应取其重心作为交会点。（4）同一测站应用同仪器、同竖盘位置、同后视点进行观测，各测回间将基座转120。15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量极坐标法极坐标法3.可以采用极坐标法多次测出观测点的坐标值进行比较，得到水平位移。观测时，若采用钢尺量距，则应进行尺长、温度和倾斜改正，测站点到观测点的距离不应超过一尺段长。若采用测距仪测量距离，则视线长度可以不作限制，但是测线上不能有热体物质和障碍物，不能有电磁场干扰，测线倾角不宜过大。15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量GPSGPS
21、法法4.在采用GPS法观测前，应建立GPS控制网。对于首级网，布设时宜联测两个以上高等级的国家控制点或地方坐标系的高等级控制点。观测点位应选在视野开阔、土质坚实、稳固可靠的地方且高度角在15以上的范围内应无障碍物；点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的干扰源或强烈反射卫星信号的物体。数据解算应按GPS测量相关技术规范、规程执行。15.3 15.3 水平位移测量水平位移测量建筑物倾斜率的计算15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 建筑物的倾斜率i是建（构）筑物顶部观测点A相对于底部观测点a的倾斜值（偏移值）D与建筑物的高度H之比，即 （15-1）倾斜测量的主要任务是确定倾斜值D。测量倾斜值D的
22、方法主要有直接测量法和用差异沉降法推算两种。HDitan 垂直位移观测点的布设15.4.1 直接对建筑物进行倾斜测量时，需要在多个方向上进行观测后才能确定其倾斜方向和总的倾斜值D的大小。如图15-7所示，在建筑物上大致互相垂直的两个立面上分别设置上、下两个观测点A、a，并观测、记录其初始点位的情况。以后按规定的时间间隔对其进行重复观测。观测时用一测回将上标志点A投到下标志点a处，并量出它与下标志点a之间的水平距离，即该方向的倾斜偏移量。若两个方向的倾斜偏移量分别为x、y，则由x、y的方向和大小可以判断出建筑物倾斜值的大小和总的倾斜方向，即 （15-2）xyyxDarctan2215.4 15.
23、4 倾倾 斜斜 测测 量量图15-7 直接测量倾斜值15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 对一些特殊的构筑物（如水塔、烟囱、电视塔等）进行倾斜观测时，通常是在大致互相垂直的两个方向上测定其顶部中心O对其底部中心O的偏心距，这个偏心距就是构筑物的倾斜值，如图中的OO。其具体测量方法如下：烟囱顶和底的外沿投影15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 （1）如图所示，在烟囱附近选择两点M、N，使MO与NO大致垂直，并使M、N两点与烟囱的距离均大于烟囱的高度。烟囱倾斜测量15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 （2）在M点上安置仪器，测出与同一高度的烟囱底部断面相切的两个方向的夹角。然后测
24、设角的平分线，这时望远镜照准的方向正是MO的方向，沿该方向在烟囱底部外壁上定出一点M，并量取此高度处的烟囱周长，求得此处的烟囱半径R。（3）同理测出与顶部断面相切的两个方向所夹的水平角，再测设角平分线得MO的方向，然后将MO的方向投影到烟囱的底部（与M同高），定出M点。量出MM的长度，设为xM，则O的垂直偏差xM为MMMMxLRLx15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 利用前方交会法测定烟囱上部和下部中心点的坐标值并进行比较是测定圆形高耸特殊建筑物倾斜值的又一方法。如图15-10所示，设基线为MN，量出MN的距离D，若已知其中一点M的坐标及MN的
25、方位角MN，则可求得N点的坐标。为使计算简便，可设M点的坐标为xM=0，yM=0，设MN=90，则N点的坐标为xN=0，yN=D。只要分别求得烟囱顶和烟囱底的中心点O和O的前方交会底角M、N和M、N，就可以求得O点和O点的坐标。15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量图15-10 前方交会法测定烟囱的倾斜值15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量利用前方交会法测烟囱底角的方法是：在M点安置仪器，后视N点，然后分别对准烟囱底部的两侧，得到对应的两个度盘读数，则其平均值即为在M点测得的烟囱底部的底角M，如图15-10所示。再分别对准烟囱上部的两侧进行读数，即可得到在M点测得的烟囱上部的底角M。
26、同理可得到由N点测得的烟囱底部及上部的底角分别为N、N。15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 用差异沉降法推算15.4.2 建筑物的不均匀沉降是建筑物产生倾斜的主要原因之一，可以通过建筑物的沉降观测值来推算其倾斜值。如图所示，建筑物基础产生了不均匀沉降，按差异沉降推算主体的倾斜值D，即 （15-7）式中，S为基础两端的沉降差，即S=SASB；D为基础两端点的水平距离；H为建筑物的高度。SDHD差异沉降15.4 15.4 倾倾 斜斜 测测 量量 裂缝测量是测定建筑物裂缝的发展情况，以便根据所提供的资料分析其产生裂缝的原因及其对建筑物安全的影响，及时采取有效措施加以处理。对于主要裂缝需要设立
27、两组标志，一组是在裂缝的最大裂口处，另一组是在裂缝的末端。这样裂缝的继续发展可以在标志上反映出来。15.5 15.5 裂裂 缝缝 测测 量量 裂缝测量最简单的做法是每组用两支钢板小直尺，每侧设立一支，直尺方向与裂缝的走向大致垂直，首次观测时记录两尺间的对应读数，或读取两尺间某一刻度处的间距，以后每次定期观测与之比较即可了解裂缝的发展情况。建筑物裂缝测量标志15.5 15.5 裂裂 缝缝 测测 量量 若建筑物的裂缝较多但表面平整，则当观测裂缝的位置、走向及长度时，可在建筑物表面用油漆绘制方格坐标网，用直尺量取裂缝与格网的相对位置确定裂缝的发展情况。用摄影测量进行裂缝测量，是反映实际情况最客观、信
28、息最丰富的方法。其做法是用正直摄影测量在固定的测站上对已开裂的建筑物进行周期性的重复摄影，根据像片量测的数据确定变形或裂缝情况。15.5 15.5 裂裂 缝缝 测测 量量 日照变形是建筑物在温度场变化的反映，这种变形对建筑物的安装，特别是在温差较大时对钢结构和钢筋混凝土结构的安装影响尤为明显。日照变形测量的方法根据建筑物大小、高度和结构形式的不同而不同。15.6 15.6 日照变形测量日照变形测量 一般来说，日照变形观测应符合下列要求：（1）观测点应布置在观测体向阳面的不同高度处，根据温度的变化测定各观测点相对于底部点的位移值。（2）观测应选在昼夜晴朗、无风或微风、外界干扰少的时段。观测期间应
29、在24 h内定时观测；对于施工跨季度、跨年度的建筑物，日照变形观测一般每月进行一次。（3）观测时应同时测定观测体的向阳面和背阳面的大气温度及观测体温度。15.6 15.6 日照变形测量日照变形测量 进行日照变形时常采用铅垂仪和经纬仪交会法测算观测点的坐标变化，并将这种变化换算成建筑物日照变形偏斜值和变形方向，然后绘出日照变形曲线图，列出日照变形最小区间，作为指导施工的依据。日照对建（构）筑物变形的影响与时间、温度、建（构）筑物的高度都有一定的关系。一般来说，变形量与温度差、高度成比例。对北京地区来说，每天以3时6时的变形量最小，9时15时的变形量最大。这种变形的时间规律各地区不同，其原因是各地
30、区日出、日落的时间有所差异。15.6 15.6 日照变形测量日照变形测量 测量地下连续墙、护坡桩、土体岩体边坡、群桩施工土体及高层建筑物的连续变形，是传统的测量仪器和方法难以做到的，以石英挠性力平衡式伺服加速度计为敏感元件的电子滑动式测斜仪可以把倾斜角的大小以电压的形式输出，进而确定被测物体变形量的大小和变形方向。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 电子滑动式测斜仪的主要部件15.7.1电子滑动式测斜仪的组成 1测头；2、8导轮；3电缆；4测读仪；5管接头；6测斜管；7导槽15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜
31、仪在变形测量中的应用 （1）测头。测头是测斜仪的主要部件。测头管内安装着敏感轴互相垂直的两个高精度力平衡式伺服加速度计。测头管密封性能良好，其外壳有上、下各一对位于同一平面内的导轮，便于沿测斜管导槽升降滑动，使用温度范围为-20+50，测量倾斜的范围为052，传感器的灵敏度为0.02 mm/500 mm。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 （2）测读仪。测读仪由显示器、电源变换线路和转换开关等组成，用以读出加速度计的输出电压值。（3）电缆。电缆为9.5 mm的五芯导线，其作用为连接测头与测读仪，向测头供电，同时把测到的信号传递给测读仪。电缆
32、线也是测试点处的深度尺，它还是升降测头的绳索。（4）测斜管。测斜管为圆形管，管内壁有两对互相垂直的导槽，测头的导轮能顺着导槽滑动，从而控制测试位置和方向。测斜管配有固定式接头或伸缩式接头。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 电子滑动式测斜仪的工作原理和测量原理15.7.2电子滑动式测斜仪的工作原理电子滑动式测斜仪的工作原理1.15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 当外界加速度a沿敏感轴方向输入时，敏感质量m将相对平衡位置运动而产生惯性力F或惯性力矩M，换能器将此机械运动按正比例转换成电压信
33、号U，再通过伺服放大器变成电流信号i，将此电流信号反馈到处于恒定磁场中的力矩线圈而产生反馈力F或反馈力矩M，其与F或M相平衡，直到敏感质量再次恢复到原来的平衡位置为止。也就是说，在平衡状态下，F=F，F=ma。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 根据恒定磁场内线圈流过电流而产生电磁力的公式可知F=Bli。式中，B为恒定磁场的磁感应密度；l为线圈导线总长度。当F与F平衡时，ma=Bli，则i=ma/Bl，令常数K=m/Bl，则i=Ka。由此可知，反馈电流i正比于被测加速度a。在伺服放大器输出端连以精密电阻R，从这个输出电阻上输出电压为Uout
34、=iR，它也正比于被测的加速度a。因此，根据测得的输出电压的大小即可知被测加速度的值a。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪的测量原理电子滑动式测斜仪的测量原理2.地球重力加速度对石英挠性力平衡式伺服加速度计（以下简称加速度计）的敏感质量具有与运动加速度相同的效应。因此，加速度计也可用于测量地球重力加速度。在测斜仪中，不是用加速度计测量重力加速度的绝对值，而是测量加速度计所在的平面相对于地球重力加速度的位置。其测斜原理是基于加速度计测量重力矢量g在测头轴线铅垂面上分量的大小确定测头轴线相对于水平面的倾斜角的。15.7 15.7
35、 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 在静态测量中，被测物体的倾斜或水平的测量指的是被测面相对于基准面之间的角度变化量的测量。由图可知，测头随着导轮用电缆竖向悬吊在测斜管内，由测斜管中的导槽控制测头的滑动方向。而测斜管预先与被测物体固连为一个整体，当测头以一定的距离L在测斜管内逐段滑动测量时，装在测头内的敏感元件将每一次测得的测头与铅垂线的夹角（倾斜角）转换为电压信号Uout，并通过电缆输送到测读仪上。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 当加速度计的敏感轴（输入轴）位于水平面内时，地球重力加速度垂直于加速度
36、计的敏感轴，此时，重力加速度在敏感轴上的矢量分量等于零，加速度计输出为零；当敏感轴所在的平面相对于水平面的倾斜角为时，加速度计输出一个电压信号Uout，其在某一深度处的关系式为 （15-8）倾斜角与输出电压的关系sin101gKKUout15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 若将测头在测斜管内自下而上以一定的间距（导轮间距）于不同深度处逐段滑动测量，则在测读仪上逐一显示出由加速度计敏感元件输出的电压信号，按式（15-12）计算每一深度处的d，然后自下而上逐
37、段累加，便得到测斜仪在整个深度上测量的总位移量，其计算公式为 D=d （15-13）15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 现场测量的操作步骤及技术要求15.7.3观测点的布设观测点的布设1.布设观测点前应详尽了解被测物体的特点、结构、力学特性等，大致估计位移的大小、方向、深度及各部位的位移规律，应重点布置在最有可能发生变形的部位、对工程施工及运行安全影响最大的部位，同时应兼顾便于对结构进行力学分析的比较典型和有代表性的部位。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用测斜管的安置测斜管的安置2.（1
38、）测斜管的一对导槽应尽可能与变形方向一致，测斜管的深度应使管底位于预计发生位移的深度以下35 m。（2）钻孔式测斜管的埋设。钻孔的直径应大于测斜管的外径，钻孔在50 m的直线长度内倾斜量应不大于3。将接好的管子插入钻孔后，使用与周围岩（土）体强度性质相近的材料填充。（3）钢筋混凝土内部的测斜管埋设。在绑扎钢筋时，应将接好的测斜管整体固定在钢筋架上，待浇筑混凝土并终凝后，测斜管就与其固结为一体。（4）对于高层建筑物，可将测斜管直接固连在建筑物的柱或墙体上。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用观测与记录观测与记录2.（1）用电缆把测头与测读仪连接
39、起来，仔细检查各接头是否连接正确。（2）打开开关，在测头倾斜的过程中，应保证测读仪显示的电压读数正值增大的方向与所测位移正值增大的方向一致；然后将测头沿导槽下放到管底，在管底预热1015 min。（3）从管底开始，沿导槽全长每隔轮距L测读一次电压值，把深度与对应的电压读数一并记录在表格中。目前生产的测斜仪能自动记录，可以方便地随电缆线的提升测读至管口，然后将测头水平旋转180并插入同一对导槽，仍自下而上再测一次。两次测量的深度应一致，合起来称为一个测回。前半测回读数为Uout1，后半测回读数为Uout2。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用
40、（4）为了提高观测精度和检查观测中是否有错误，一般应观测两个测回、取其平均值。每个测斜管的初测值（安装的初始实际管形位置）应取四个测回的平均值。（5）观测的时间间隔根据变形情况和工程进度情况而定。对于施工的关键环节，如基坑开挖到某一特殊深度、锚杆张拉前后、滑坡变化较大等，应随时加密观测。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 数据处理与图像15.7.4数据处理数据处理1.（1）审核记录表中的全部观测数据。（2）将审核好的数据输入计算机，计算后按预定的表格形式输出。输出的数据包括对应于各深度处的位移量（偏离铅垂线的值）和相对管底的总位移量（偏离铅
41、垂线的累计值与初测值比较的位移变化量），见表15-4。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用图像图像2.（1）管形图。以深度为纵坐标，以偏离铅垂线的值为横坐标建立坐标系，将同一测斜管每次观测的结果绘在同一张图上，可直观地显示由所观测的一对导槽构成的平面内的管形，即被测物体在这个断面上各次所测的实际形状，而不同曲线的差异表示其对应的位移变化情况。图15-16（a）所示为不同时间、不同受力情况下该管所处的位置。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应
42、用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用 （2）深度位移曲线。以深度为纵坐标，把初测管形绘制为铅垂线作为零位置（纵坐标轴）；通过计算机把各深度处相对于管底的总位移量归零，即用每次观测结果减去各自的初测结果，得到与初测值比较的各深度位移变化量，并以其为横坐标。这样绘制的曲线图可以直观地显示每次观测的不同深度的水平位移情况，如图15-16（b）所示。（3）时间位移曲线。以时间为纵坐标、以位移为横坐标可以绘制某一深度处的时间位移曲线，它可以直观地显示某点随时间的位移情况，如图15-16（c）所示。15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用管形图及变形曲线15.7 15.7 电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用电子滑动式测斜仪在变形测量中的应用THANK YOU
