岩土工程监测

❖ 钢丝特性之一
✓ 环境变量变化，钢丝电阻值反向变化，两个元件的电阻值比 值，测出物理量的数值。
✓ 当钢丝受到拉力作用而产生弹性变形，其变形与电阻变化之 间关系：
❖ 钢丝特性之二 钢丝电阻随其温度变化之间的近似线性关系：
❖ 工作原理：
✓ 仪器受力变形，钢丝电阻产生差动变化，一根受拉，电阻增 加，一根受压，电阻减少，两个钢丝的串联电阻不变而电阻 比R1/R2发生变化，得到钢丝电阻比值，就得到仪器的变形 或应力；
1.3.3 现场监测
❖ 现场监测工作的主要内容：
1、对岩土所受到的施工作用、各类荷载的大小以及 在这些荷载作用下岩土反应性状的监测；
2、对建设中或运营中结构物的监测；
3、监测岩土工程在施工及运营过程中对周围环境的 影响。
1.4 岩土工程测试与检测技术的现状与展望
❖ 现状： 1、手段单一 2、结果缺乏合理的解释 3、管理制度不健全 4、人员培训不及时
1.3.2 原型试验
❖ 原型试验以实际地下结构物为对象在现场地 质条件下按设计荷载条件进行试验，其试验 结果具有直观、可靠等优点，主要有桩基试 验、锚杆试验等；
❖ 通过原型试验可以进一步验证工程勘察结果 和设计结果的正确性与可靠性。
1.3.3 现场监测
❖ 以实际工程作为对象，在施工期及工后期对整个岩土体和地下结构以及 周围环境，于事先设定的点位上，按设定的时间间隔进行应力和变形现 场观测。
❖ 静态特性：当被测量的各个值处于稳定状态时，传感器的输 出值与输入值之间的关系数学表达式、曲线或数表。
❖ 动态特性：当被测量值随时间变化时，传感器的输出值与输 入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。
2.2.1 传感器的静态特性参数指标
❖ 主要指标：灵敏度、线性度（直线度）和回 程误差（迟滞性）
➢ 灵敏度（Ｓ）： 稳态时传感器输出量Y和
❖ 仪器埋设条件方面
➢ 仪器选型时，应考虑其埋设条件（性能保证下，选择易埋设） ➢ 施工仪器和埋设条件不同，选择不同仪器。
❖ 仪器测读方式方面
➢ 根据测量工作量选择不同的测读方式的仪器 ➢ 对于能形成监测网并能联网监测的工程，仪器选型时应根据
监测系统统一的测读方式选择仪器
❖ 仪器选择经济方面
➢ 技术要求满足条件下，选择最经济的（仪器购置、损耗及埋 设费用）
❖ 零漂：传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一 定时间，其输出值偏离原始值的最大偏差与满量程 的百分比。
❖ 温漂：温度每升高1度，传感器输出值的最大偏差 与满量程的百分比。
2.2.2 传感器的动态特性
❖ 通常根据正弦变化与阶跃变化两种标准输入 来考察传感器的响应特性。
❖ 建立数学模型来分析和处理传感器的动态响 应。
2.4 监测仪器的选择和标定
❖ 监测仪器和元件的选择 ❖ 岩土工程监测仪器的质量标准 ❖ 监测仪器的适用范围及使用条件 ❖ 仪器和传感器的标定
2.4.1 监测仪器和元件的选择
❖ 选取要求：仪器的技术性能、仪器埋设条件、 仪器测读的方式和仪器的经济性
❖ 仪器技术性能方面
➢ 仪器的可靠性（光学、机械、电子设备等） ➢ 仪器使用寿命（仪器工作寿命大于或等于工程使用年限） ➢ 仪器的坚固性和可维护性（容易标定、修复或置换） ➢ 仪器的精度（精度满足监测数据要求即可） ➢ 灵敏度和量程（高灵敏度、大量程）
❖ 传感器：感受被测试的大小并输出相对应的可用输 出信号的器件或装置。
❖ 数据传输环节：传输数据。 ❖ 数据处理环节：信号处理和变换。 ❖ 数据显示环节：被测试信息变成人感官能接受的形
式，以完成监视、控制或分析的目的。
2.2 传感器的基本特性
❖ 传感器：敏感元件、转换元件和测试电路。 ❖ 传感器性能评价：静态特性和动态特性。
❖ 标定方法：利用标准设备产生已知“标准”输入量，或用
标准传感器检测输入量的标准值，输入待标定的传感器，并 将传感器的输出量与输入标准量相比较，获得校准数据和输 入输出曲线，动态响应曲线等，由此分析计算而得到被标传 感器的技术性能参数。
❖ 标定类型：静态标定和动态标定
❖ 静态标定
➢ 将传感器测量范围分成若干等间距点； ➢ 根据传感器量程分点情况，输入量由小到大逐渐变化，并记
输入量X之比，或输出量Y的 增量和输入量X的增量之比。
S △Y /△X
❖ 线性度（非线性误差）
传感器的输出-输入校准曲线与理论拟合曲线之间的最大偏差与传感器满量程输 出之比。
❖ 理想的传感器输出与输入呈线性关系。线性度是评价非线性 程度的参数。
❖ 回程误差（迟滞性）
输入逐渐增加到某一值与输入逐渐减小到同一输入值时的输出 值不相等，叫迟滞现象。
录各输入输出值； ➢ 将输入值由大到小逐点减少下来，同时记录下与各输入值相
对应的输出值； ➢ 重复上述两步，对传感器进行正反形成多次重复测量，将得
到的测量数据用表格列出或绘制曲线； ➢ 进行测量数据处理，根据处理结果确定传感器的静态特性指
标。
❖ 动态标定
❖ 用标准信号激励标定参数，得到激励后传感器的输出信号， 分析计算、处理数据，决定标定的频率特性，即幅频特性、 阻尼和动态灵敏度等。
1.3.1 原位测试
❖ 缺点 1、各种原位测试都有其针对性和适用条件；
2、原位测试所得参数与土的工程性质间的关系往往建立在统 计关系上；
3、影响原位测试成果的因素较为复杂（如周围的应力场、排 水条件和施工过程对测试环境的干扰等），使得对测定值的 准确判定造成一定的困难；
4、原位测试中的主应力方向与实际岩土工程问题中多变的主 应力方向往往并不一致。
系式测各种物理量。 ❖ 钢弦式仪器是根据钢弦张紧力与谐振频率成单值函数关系设
计而成的；关系式如下：
压力盒计算公式
钢弦传感器的种类
❖ 钢弦式应变计、钢弦式土压力盒、钢筋应力计 等。
❖ 特点
✓ 结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试 方便。
✓ 不受接触电阻、外界电磁场影响，性能较稳定，耐 久性能好。
❖ 灵敏度和分辨力
➢ 灵敏度：输入量（被测信号）与输出量的比值 ➢ 分辨力：灵敏度的倒数，灵敏度越高，分辨力越强，传感器
检测出的输入量变化越小。
2.4.3监测仪器的适用范围及使用条件
❖ 变形观测仪器
➢ 经纬仪、水准仪、全站仪、电子测距仪或激光准直仪。 ➢ 位移计、测缝计、倾斜仪、沉降仪、垂线坐标仪、多点位移
❖ 采取相应措施： 1、建立健全行业管理制度，提高工作人员素质 2、增强对从事岩土工程工作的单位考核与管理，提高人员培
训与考核 3、加强岩土工程各个环节的控制，增强对检测、测试环节的
阶段验收和最终评判
❖ 展望：
1、取样技术标准化 2、新仪器新方法的开发 3、工程地球物理探测 4、现场测试、室内试验、理论预测和数值反分
1.1 本课程的目的和意义
❖ 岩土工程是利用土力学、岩体力学及工程地 质学的理论和方法，为研究各类土建工程中 涉及岩土体的利用、整治和改造问题而进行 的系统工作。
❖ 岩土力学理论要变为工程现实，需要相应的 测试手段。
❖ 岩土工程设计、施工，试验工作非常重要， 它是学科理论研究与发展的基础。
1.2本课程在岩土工程中的地位与作用
2.4.2 岩土工程监测仪器的质量标准
❖ 可靠性和稳定性
➢ 仪器在设计规定的运行条件和运行时间内，检测元件、转换 装置和测读仪器、仪表保持原有技术性能的程度。
❖ 准确度和精度
➢ 准确度：测量结果与真值偏离的程度，系统误差的大小是准 确度的标志。
➢ 精度：在相同条件下测量同一个量所得结果重复一致的程度。
❖ 保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。
❖ 在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测 与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部 结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑 物运营过程的认识在理论和实践上更加完善，便于 总结工作经验和形成新的认识。
❖ 依据监测结果，利用反演分析的方法，求出能使理 论分析与实测基本一致的工程参数。
1.3 岩土工程测试、检测及监测技术简介
❖ 岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学试验、 原位测试、原型试验和现场监测等。
❖ 室内土工试验：观测判别试验、物理性质试验、化 学性质试验和力学性质试验等。
❖ 岩体力学试验：常规力学指标和岩体变形与破坏机 理的分析与研究。
❖ 原位测试：基本保持被测试岩土体的结构、含水量 及应力状态不变的条件下测定其基本物理力学性能。
计和应变计等
❖ 压力（应力）观测仪器
➢ 土压力计、孔隙压力计、钢筋内力计等
❖ 其他观测仪器
➢ 温度计、 标定：利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过
程，从而确定其输出量与输入量之间的对应关系，同时也确 定不同使用条件下的误差关系。
❖ 岩土力学在一定意义上讲就是一门试验力学，试验 是土力学发展的基础。
❖ 岩土体的复杂性使前期勘察与试验结果存在着一定 的不确定性，在岩土工程施工过程中还必须通过现 场监测与检测，以确保岩土工程的安全性。
❖ 岩土工程测试技术不仅在工程实践中十分重要，而 且在学科理论的研究与发展中也起着决定性作用。
监测与检测的重要性
岩土工程监测
丁万涛
主要内容
❖ 绪论 ❖ 测试技术基础知识 ❖ 岩土的原位测试技术 ❖ 基坑工程中的岩土工程问题监测 ❖ 地下工程中的岩土工程问题监测 ❖ 边坡工程中的岩土工程问题监测 ❖ 地基加固的检验与检测 ❖ 桩基础的测试与检测
第一章 绪 论
❖ 本课程的目的和意义 ❖ 本课程在岩土工程中的地位与作用 ❖ 岩土工程测试、检测及监测技术简介 ❖ 岩土工程测试与检测技术的现状与展望
析及其再预测的有机结合与循环
第二章 测试技术基础知识
❖ 测试：信息采集，获取测试数据；以确定量 值为目的的一系列操作。