安全监测各类仪器成果计算方法

安全监测资料成果计算方法汇编
1应变计的计算
1.1差阻式应变计数据的格式以及总应变的计算
计算公式：
温度：T=α’(Rt-RO)
成果：εm= k（Z-Z0）+(b-αc)·（Ti-T0）（1）
式中： T－温度
α’－仪器的温度系数
RO－0℃时仪器的计算电阻
εm－应变计的总应变με
Z0－电阻比的基准值0.01％
Zi－电阻比的观测值0.01％
b－仪器的膨胀修正系数。

αc－为砼的膨胀系数，通常αc在5.6～12.0×10-6/℃范围内。

一般情况下取10×10-6/℃。

K－仪器的校正系数。

注意：当仪器有一根芯线断或其它原因异常情况下，采取4线观测时，测值只有：RS、2r、和Z4情况下，需要将结果换算成上述计算的参数，进行计算。

其中：
Rt＝R S-2r （2）
Z=Z4+(Z4-1)2r/R t（3）
1.2振弦式应变计数据的格式以及总应变的计算
计算公式：
εm= k （Li-L0）+(b-αc)·（Ti-T0） （4）
式中：εm －应变计的总应变με，
Li －频率模数，物理含义为频率的平方除以1000。

L0－频率模数的基准值。

1.3单支应变计和无应力计
单支应变计和无应力计均按照上式（1）和（4）进行计算。

无应力计计算时成果代号为εg 。

1.4应变计组单轴应变的计算 1.4.1应力应变的计算
应力应变计算式：ε＝εm-εg 1.4.2两向应变计组单轴应变的计算
）（））（（’y x x εμμ
εμμμε-+-+-=
12111
）（））（（’x y y εμ
μ
εμμμε-+-+-=
12111
其中：μ－混凝土的泊松比，一般常用0.16。

1.4.3三向应变计组单轴应变的计算
）（））（（’z 112111εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
y x x
）（））（（’z 1x 1y 2111y εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
）（））（（’y 1x 1z 2111z εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
1.4.4五向应变计组单轴应变的计算
对于5向应变计组应进行平衡修正和单轴应变计算：如图所示的5向应变计，其平衡修正按下面进行。

(1)平衡误差计算，按照弹性理论，两直交轴应变（应力）之和相等或等于一常熟，即ε1+ε3＝ε2+ε4。

由于仪器及安装影响，不可能完全平衡，存在一定误差，其误差Δ＝（ε1+ε3）-（ε2+ε4）。

（2）误差分配：若按平面问题考虑，一般误差在15με范围进行分配，若误差过大，表示其中某一些仪器存在问题最大误差不宜超过25με。

误差分配时，ε1、ε3仪器的的误差分配为：Δ1＝Δ3＝-Δ/4，ε2、ε4仪器的的误差分配为：Δ1＝Δ3＝Δ/4。

分配误差后各仪器的应变分别为：
ε10＝ε1-Δ/4 ε20＝ε2+Δ/4
ε30＝ε3-Δ/4 ε40＝ε4+Δ/4
（3）单轴应变计算
根据平衡修正后的应变在计算单轴应变，由于采用5向应变计组，单轴应变按照空间问题进行计算，其计算式为：
）（））（（’025********εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
x
）（））（（’04025112111y εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
）（））（（’54002112111z εμ
μ
εμμεμμμε-+-+-+-=
泊松比μ＝1/6
（4）剪应变计算
γz=ε30-ε10或γz ＝2ε30-（ε20+ε40）
2常规差阻式仪器的计算
2.1差阻式仪器的数据的格式以及成果计算
2.1.1常规差阻式仪器包括：测缝计、裂缝计、钢筋计、位移计
计算公式：
温度：T=α’(Rt-RO)
成果：J= k（Z-Z0）+b（Ti-T0）
式中： T－温度
α’－仪器的温度系数
RO－0℃时仪器的计算电阻
J－成果
Z0－电阻比的基准值0.01％
Zi－电阻比的观测值0.01％
b－仪器的膨胀修正系数。

K－仪器的校正系数。

注意：当仪器有一根芯线断或其它原因异常情况下，采取4线观测时，测值只有：RS、2r、和Z4情况下，需要将结果换算成上述计算的参数，进行计算。

其中：
Rt＝R S-2r （2）
Z=Z4+(Z4-1)2r/R t（3）
2.1.2差动电阻式仪器渗压计
计算公式为： P= k（Z-Z0）-b（Ti-T0）
式中：各个符号的含义同上，差异就是温度修正系数前为减号（“-”）。

2.1.3钢板计的计算
计算公式：σ=[f×ΔZ+(b-αs)×ΔT]×E
其中： b－应变计温度补偿系数。

αs－钢板的膨胀系数12.0×10-6/℃。

E-压力钢管的弹模。

一般取值为0.205×10-6MPa。

3振弦式仪器的成果计算
3.1 原始数据输入格式
通用计算公式为；
·(Ti-T0)
DT=GF×(Li-L0)+T
K
式中；DT－为温度修正后的成果
GF－仪器系数（mm/L·U）
Li、Ti分别为线性读数和温度的观测值
L0、T0分别为线性读数和温度的基准值
T
－为温度修正系数。

K
3.2渗压计或压力计计算
·(Ti-T0)
DT=GF×(L0-Li)+T
K
一般情况下，厂家计算值正号表示压应力，但国内负号表示受压，应成果乘以-1。

符号的含义同上。

3.3多项式计算公式
3.3.1二次多项式计算
DT＝A×F2+B×F+C
式中：A、B、C-均为仪器厂家的计算参数；
F-仪器的频率模数，单位digit。

3.3.2四次多项式计算
DT＝A×F4+B×F2+C
式中：A、B、C-均为仪器厂家的计算参数；
F-仪器的频率（H
）。

Z
3.4钢板计计算
σ=[ GF×(L0-Li)+（T
-αs）(Ti-T0)]×E
K
式中：αs－钢板的膨胀系数12.0×10-6/℃。

E-压力钢管的弹模。

一般取值为0.205×10-6MPa。

其余符号同上。

4锚索测力计
4.1差动电阻式锚索测力计
差阻式锚索测力计的数据格式以及成果计算:
温度计算公式：
t = α′×（Rt - R0′），60℃≥ t ≥0℃时；
t = α″×（Rt - R0′），0℃≥ t ≥ -25℃时；
式中：
t －测点温度（℃）
Rt －仪器的电阻测值（Ω）
R0′ －仪器计算冰点电阻值（Ω），由本厂所附卡片给出
α′ －仪器零上温度系数（℃/Ω），由本厂所附卡片给出
α″ －仪器零下温度系数（℃/Ω），由本厂所附卡片给出压力计算公式：
P = f ×（Z - Z0）
式中：
P －锚索的预加压力（kN），负号为压力
f －锚索测力计的最小读数(kN/0.01％)，由本厂所附卡片给出
Z－电阻比测值
Z0 －电阻比基准值（可取预加应力前的电阻比测值）
4.2振弦式锚索测力计
4.2.1 4弦振弦式锚索测力计数据输入格式和计算
4.2.2 6弦振弦锚索测力计数据输入格式和计算
计算公式：
P(KN)=G（F-F0）+K(T-T0)
式中：P-锚索测力计的张拉荷载，kN；
G-仪器的率定系数，最小读数；
F-频率模数的平均值的观测值；
F0-仪器在安装前自由状态频率模数的平均值；
K－仪器的温度修正系数。

注：当锚索测力计其中一个或者多个振弦的频率模数无法观测时，可以利用过去观测的数据进行回归计算，求得计算的平均频率模数。

方法如下：
利用失效前，没有失效的传感器对应的频率模数的平均值与全部传感器测值的平均值进行回归计算，求得一个计算公式，将失效后完好的频率模数代入计算公式，求得全部传感器频率模数的平均值参与计算。

5多点位移计
5.1差动电阻式多点位移计
每个传感器的相对位移的输入模块和计算按照差阻式仪器的计算模块进行。

公式如下：
温度：T=α’(Rt-RO)
成果：J= k（Z-Z0）+b（Ti-T0）
5.2振弦式多点位移计
每个传感器的相对位移的计算按照振弦式仪器的计算模块进行。

公式如下：
·(Ti-T0)
DT=GF×(Li-L0)+T
K
5.2.1三点式多点位移计输入格式
5.2.2四点式多点位移计输入格式
5.2.3五点式多点位移计输入格式
5.2.4六点式多点位移计输入格式
5.3计算成果
多点位移计的计算成果分为锚头相对于孔口的相对位移和锚头的绝对位移。

其中相对位移计算公式参见振弦式仪器的计算公式。

成果报表如下：
最深锚头不动情况下，锚头按照埋深分别为：1#、2#、3#……n#，绝对位移按下式计算： 孔口位移＝n#锚头的相对位移；
1#锚头位移＝n#锚头相对位移-1#锚头相对位移； 2#锚头位移＝n#锚头相对位移-2#
锚头相对位移； 3#锚头位移＝n#锚头相对位移-3#锚头相对位移； ……
n#锚头位移＝n#锚头相对位移-n#锚头相对位移＝0。

6两向、三向测缝计
6.1 3DM 型三向测缝计
数据输入格式：
3DM 测缝计埋设示意图
弦长计算公式：
L 1i =L 10+（A 1i -A 10）/C 1 L 2i =L 20+（A 2i -A 20）/C 2 L 3i =L 30+（A 3i -A 10）/C 3
式中：
L 1i 、L 2i 、L 3i －某个时刻位移传感器对应钢丝的弦长； C1、C2、C3－电位器式位移传感器的率定参数； L 10、L 20、L 30－位移传感器安装埋设的初始弦长； A 10、A 20、A 30－位移传感器安装埋设的初始读数； A 1i 、A 2i 、A 3i －某个时刻位移传感器读数； 周边位移：
Y i =S L L S 22i 32i 22-+－S L L S 22
302022-+
Z i =H L L H 22
i
12
i 22-+－H
L L H 22
102
022-+
X i =2
i 2
i 2
i 2Z Y L --－2
02
02
02Z Y L --
式中：
S－2传感器与3传感器的距离；
H－2传感器与1传感器的距离。

6.2 3DM型两向测缝计（面板的脱空计）
数据输入格式：
日期
（年月日时分）
电位器读数弦长周边位移
A1#
（A1）
A2#
（A2）
1#弦长
（L1）
2#弦长
（L2）
X Y
弦长计算公式：
L1i=L10+（A1i-A10）/C1
L2i=L20+（A2i-A20）/C2
式中：
L1i、L2i－某个时刻位移传感器对应钢丝的弦长；
C1、C2－电位器式位移传感器的率定参数；
L10、L20－位移传感器安装埋设的初始弦长；
A10、A20－位移传感器安装埋设的初始读数；
A1i、A2i－某个时刻位移传感器读数；
位移计算：
二向测缝计（脱空计）示意图
相对位移计算公式：
X i =H L L H 22i
12i 22-+－H
L L H 22
102022-+
Y i =2
i 2
i 2X L -－2
02
02X L -
式中：H －传感器1和传感器2的距离。

6.3 SX 型三向测缝计
南自厂按照厂家的公式软件进行连接。

6.4 TSJ 型三向测缝计计算 6.4.1安装示意图
6.4.2成果计算：
（1）面板的沉陷或抬升变形由3号传感器计算。

计算公式同一般的差阻式仪器：
St=f （Z-Z 0）+b （T-T 0）
（2）面板的错动位移和开合度由2#传感器监测。

有沉降情况下，测得某时址板与面板的沉降量St ，一级相应位移计2的A 与C 、C 与B 位移后的距离分别为a t 和b t 。

因面板产生沉降，固定钢
板AB 和面板上的固定钢板C 已不在初始的一个平面上，必须将其换算成初始平面上的距离，计算公式如下：
e ＝2
t 2t s -a =AC d ＝2
t 2
t s -b =
BC
式中：a t 和b t 为BC 和AC 之间的距离。

a t ＝a 0+ f （Z-Z 0）+b （T-T 0），bt 相同。

其中a 0和b 0为仪器安装埋设成功后初次观测时BC 和AC 之间的距离。

由此，按如下公式算出C 点的坐标，并与初始的坐标相减得到垂直周边缝的（ΔX ）和平行周边缝（ΔY ）的位移：
Y t ＝c
2d e c 2
22-+
X t ＝22t e Y - （ΔX ）＝X t －X 0 （ΔY ）＝Y t －Y 0
式中：X 0、Y 0－均为初始值。

6.4.3数据输入和输出的格式
成果输出格式；
6.5 SXJ 型两向测缝计
6.5.1垂直布置的SXJ 型两向测缝计
针对于上述三向测缝计，对于仅仅有沉降和垂直周边缝位移情况下。

只需要安装两支传感器即可；主要针对发生在对称河谷，面板最下部址板与面板连接处的周边缝处。

实测得到相对于面板相对于址板的沉降量S t ，垂直周边缝的位移计2位移的测值为Xdt ，则由下式算出面板的开合度为：
X t ＝2
t 2
dt X S （ΔX ）＝X t －X 0
6.5.2水平布置的SXJ 型两向测缝计
针对于上述三向测缝计，加入没有沉降，此时St ＝0，安装埋设时，仅仅安装传感器2号。

则上述式中e ＝at 、d=bt ，由此得出计算垂直周边缝的和平行周边缝的（ΔX ）（ΔY ）分别为
Y t ＝c
2b a c 2
t
2t 2-+
X t ＝2
2
t t a Y - （ΔX ）＝X t －X 0 （ΔY ）＝Y t －Y 0
7收敛观测
7.1数据输入格式
收敛观测以对称三角形布置为主要计算模块。

数据输入模块如下：
7.2收敛量和相对收敛量计算
（1）收敛量计算成果：
收敛量＝初始的（基线长度+测值）－观测值（基线长度+测值）+温度变形量，单位mm 。

相对收敛量＝收敛量/（基线长度+读数），单位％。

收敛速率＝收敛量/时间， 单位：mm/d 。

注意：针对收敛计的不同，收敛量的计算公式有区别，当两测点之间距离收敛读数减小的，计算公式与上边的相同。

当两测点之间距离收敛读数增大的，计算公式为：
收敛量＝初始的（基线长度-测值）－观测值（基线长度-测值）+温度变形量，单位mm 。

温度变形量＝α×L （Tn-T0）
式中：
α－收敛计系统的温度膨胀系数，一般采取12×10-6mm/℃*m ； L －基线长度；
T0－收敛计在初始观测时的温度；
Tn－收敛观测时环境温度。

（2）输出的格式：
日期（年月日时分）
AC测线AB测线BC测线
收敛量
（mm）
相对收
敛量
（％）
收敛
速率
（mm/d）
收敛量
（mm）
相对收
敛量
（％）
收敛
速率
（mm/d）
收敛量
（mm）
相对收
敛量
（％）
收敛
速率
（mm/d）
7.3对称三角形的绝对位移计算和成果输出格式
（1）计算图如下：
图2：轴对称三角形测点位移计算图
由图可知：
△A= h – ht
△B= Lb – Lbt
△C= Lc – Lct
式中：△A、△B、△C分别为A、B、C三测点的位移。

a和at分别为B、C两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。

b和bt分别为A、C两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。

c和ct分别为A、B两测点基线初始长度的基准值和t时刻的测值。

Lc=(a2+b2-c2)/2a
Lb= a – Lc
h= (c2- Lb2)1/2
同样：
Lct =(at2+bt2-ct2)/2at
Lbt = at – Lct
ht = (ct2- Lbt2)1/2
利用上式即刻计算出埋设在围岩表面收敛测桩的绝对位移。

（2）成果输出格式
8测压管
8.1电测水位和压力表格式的测压管数据输入格式
8.2振弦式渗压计监测的测压管监测形式
8.3差阻式渗压计监测的测压管形式
8.4监测水位计算
（1）电测水位计测量时： 监测水位＝管口高程－电测水位读数
（2）压力表测量时： 监测水位＝压力表高程+压力表读数×1000/9.8。

（3）振弦式渗压计测量时： 监测水位＝渗压计高程+G ×（L0-Li ）+K （T-T0） （4）差阻式渗压计测量时
监测水位＝渗压计高程+f （Z-Z0）-b （T-T0）
9量水堰
9.1数据输入格式：
测尺监测的量水堰计： 9.2量水堰计监测的数据输入格式
9.3计算公式
（1）直角三角堰
Q=1.4H(5/2)
式中：Q－渗流量，m3/s；
H－堰上水头，m。

（2）矩形堰
Q=mb g2H(3/2)
M＝〔0.402+0.054（H/P）〕
式中：Q－渗流量，m3/s；
b－堰宽，m；
H－堰上水头，m；
P－堰顶板至堰顶的距离，m。

（3）梯形量水堰。

推荐计算公式Q=1.86bH3/2
式中：ｂ—堰口宽底；其余同前。

（4）侧收缩矩形量水堰。

推荐计算公式 Q=mb21/2gH3/2
式中： m=(0.402+0.054H/P)
9.4堰上水头的计算
（1）测尺量测时，堰上水头＝测尺读数－堰顶测尺读数
（2）量水堰计量测时，堰上水头＝量水堰计安装时的堰上水头+G×（L-L0）。

式中：G－量水堰计的灵敏度系数；
L0－量水堰计安装初期的读数；
L－量水堰计的观测读数。

10水管式沉降仪
水管式沉降仪的数据输入格式如下，暂时按照6点式进行设计，编程时最大按照15点设计表格。

输入的格式根据每套水管式沉降仪的测点数量定。

监测成果表格；
累积沉降量＝（调试成功时观测房高程－观测房高程）+（调试成功时量管读数－量管读数）11电磁式沉降仪
11.1电磁式沉降仪的数据输入格式
11.1.1基准值的输入格式：
沉降环的编号按照由下向上编号。

11.1.2观测数据的输入格式和成果表现格式
观测日期：管口高程：
11.2成果计算
11.2.1测量管口高程的计算方法
测斜兼沉降管埋设在深覆盖层坝基上时，管底沉降量较大，只能选择测量管口高程的办法进行成果的计算。

计每次观测时，必须量测管口高程和沉降环距离管口的距离。

因此计算公式如下；
沉降环高程＝管口高程－沉降环距离管口的距离
累积沉降量＝沉降环初始高程－沉降环的高程
分层压缩量＝沉降环初始间距－沉降环的间距
总体的沉降量＝1#沉降环的沉降量+分层沉降量
11.2.2管底不动的计算方法
测斜兼沉降管埋设比较完整基岩的坝基上时，管底沉降量沉降量非常小，可以忽略时，选择管底不动的办法进行成果的计算。

计每次观测时，只须量测沉降环距离管口的距离。

因此计算公式如下；
沉降环高程＝最底沉降环的高程+沉降环距离最大沉降环的距离。

累积沉降量＝沉降环初始高程－沉降环的高程
分层压缩量＝沉降环初始间距－沉降环的间距
总体的沉降量＝分层沉降量的和。

12振弦式沉降仪
振弦式沉降仪按照振弦式仪器进行计算。

13钢丝位移计
钢丝位移计的数据输入格式如下，暂时按照6点式进行设计，编程时最大按照15点设计表格。

输入的格式根据每套钢丝位移计的测点数量定。

监测成果表格；
累积位移＝（调试成功时观测房坐标－观测房坐标）+（调试成功时卡尺读数－卡尺读数）15固定式测斜仪
sinco固定式测斜仪的数据输入格式如下：
计算方法：
ΔL(位移)＝δ-δ0
δ＝（C5×EL5+C4×EL4+C3×EL3+C2×EL2+C1×EL+C0）×bt +OFFSTC
bt (温度修正系数)=S2×ΔT2+S1×ΔT +S0
OFFSTC（零漂）＝F2×ΔT2+F1×ΔT +F0
ΔT(温差)=T-T0
T0=12℃
T（温度）=（58.6752* ET5-278.839*ET4+509.188*ET3-449.099*ET2+233.754*ET-48.4917）- Toffset。

式中，
C0-C5：这些系数用于将电压读数转换为（mm/m）每串测量长度的位移数。

S0-S2：这些系数用于对上面算得的位移值进行必要的温度灵敏度修正。

F0-F2：这些系数用于对上面算得的位移值进行温度飘移修正。

Toffset：该系数用于将温度读数由电压转换成度（℃）。

上述参数均为仪器率定参数；
EL、ET－为仪器读数。

δ、δ0－分别为观测期和初始的相对位移。

16倾角计
电解质时倾角计的数据输入格式如下：
计算公式如下：
挠度＝C×（A-A0）
式中：C－仪器的灵敏度系数；
A－仪器的输出电流；
A0－仪器安装初期的输出电流。

位移＝L×挠度×3.14/180
式中：L－倾角计安装的位置距离不动点的距离。