第5章 水平位移监测技术
水平位移监测名词解释
水平位移监测名词解释1. 概述水平位移监测是一种用于测量地表或结构物水平方向的位移变化的技术。
它能够提供关于地质灾害、地下工程和结构物稳定性等方面的重要信息，帮助人们及时发现和预测潜在的风险，并采取相应的措施来保障人员和财产的安全。
本文将对水平位移监测相关的基本概念、常用方法和技术、应用领域以及未来发展进行详细阐述。
2. 基本概念2.1 水平位移水平位移是指物体在水平方向上相对于参考点或参考线的位置变化。
在地理学和工程学中，水平位移通常是指地表或结构物在水平方向上的偏移量。
2.2 监测监测是指通过使用特定的技术手段来观察、记录和评估目标对象的状态或变化。
在水平位移监测中，监测包括对地表或结构物水平位移变化进行实时或定期观测，并获取相关数据进行分析和评估。
3. 常用方法和技术3.1 全站仪法全站仪法是一种常用的水平位移监测方法。
它通过在目标对象上设置多个监测点，利用全站仪进行定位和测量，从而获取各个监测点的坐标数据。
通过对比不同时间点的坐标数据，可以计算出水平位移的变化量。
3.2 GPS技术GPS（全球定位系统）技术也可以用于水平位移监测。
通过在目标对象上安装GPS接收器，可以实时获取该位置的经纬度坐标信息。
通过对比不同时间点的坐标数据，可以计算出水平位移的变化量。
3.3 雷达干涉测量雷达干涉测量是一种基于合成孔径雷达（SAR）图像处理的水平位移监测技术。
它利用雷达波束对地表或结构物进行连续观测，并记录下不同时间点的SAR图像。
通过对比不同时间点的图像，可以检测出地表或结构物在水平方向上的位移变化。
3.4 基线测量法基线测量法是一种通过在目标对象上设置多个基准点，并使用测距仪等工具进行距离测量，从而获取基线长度的方法。
通过对比不同时间点的基线长度，可以计算出水平位移的变化量。
4. 应用领域4.1 地质灾害监测水平位移监测在地质灾害监测中起到了重要的作用。
在山体滑坡和地面塌陷等地质灾害的预警和监测中，可以通过对地表水平位移的实时观测，及早发现潜在的危险信号，并采取相应的措施来减少灾害损失。
水平位移监测
某大桥的水平位移监测
监测目的
01
确保大桥结构安全，预防因位移过大导致的结构损坏或坍塌。
监测方法
02
采用全站仪、GPS等高精度测量设备，定期对大桥各部位进行
位移测量。
监测结果
03
经过长期监测，发现大桥在风、水流等自然因素影响下，存在
微小水平位移，但位移量在安全范围内。
某大型水库的水平位移监测
监测目的
在建筑基础、关键楼层等部位设 置沉降和位移观测点，利用高精 度测量设备进行实时监测。
监测结果
通过实时数据分析和定期沉降、 位移测量，及时发现并处理潜在 的结构问题，确保高层建筑的安 全运营。
05
水平位移监测的未来发展与挑战
新技术与新方法的研发
01
自动化监测技术
利用无人机、卫星遥感等技术， 实现自动化、高精度的水平位移 监测。
跨江跨海大桥
对于跨江跨海大桥，水平 位移监测有助于评估水流、 风力等自然因素对桥墩的 影响。
矿山水工工程
尾矿库监测
对尾矿库的坝体进行水平位移监测，确保尾矿库安全运行，防止 溃坝事故发生。
水利水电工程
在水利水电工程中，对大坝、闸门等关键部位的水平位移进行监测， 确保工程安全。
地下工程
在地下工程施工过程中，对周边土体的水平位移进行实时监测，预 防因土体位移导致的工程事故。
评估水库大坝稳定性，预防因位移过大导致的 溃坝风险。
监测方法
在大坝关键部位埋设测点，通过精密水准仪和 GPS进行定期监测。
监测结果
经过多年监测，发现大坝水平位移量较小，整体结构稳定。
某高层建筑的沉降与水平位移监测
监测目的
确保高层建筑在施工和运营过程 中的安全，预防因沉降和位移导 致的结构问题。
水平位移监测方案
水平位移监测方案一、监测目标和背景地质灾害和土地变形是城市建设过程中常见的问题，造成的损失经常是巨大的。
因此，为了及时发现和预防这些问题，监测土地的水平位移变化变得非常重要。
本监测方案旨在利用现代化的监测技术，对土地的水平位移进行监测和预警，为相关单位提供科学的决策依据。
二、监测原理水平位移监测是通过测量地表或建筑物的水平位移变化，来判断土地的稳定性。
常用的监测方法包括全站仪、GPS技术和遥感技术等。
全站仪可用于测量地表或建筑物的水平位移，GPS技术可以快速准确地获取多个采样点的坐标，而遥感技术则可通过对卫星影像的分析，来获取目标地区的水平位移信息。
三、监测方案（一）监测区域划定根据实际需要，选择合适的监测区域。
通常情况下，应优先考虑土质松散、坡度陡峭、植被覆盖不良等地段，因为这些地段容易出现土地滑坡等问题。
（二）监测点布设根据监测区域的特点和监测要求，决定监测点的布设数量和位置。
监测点的密度应根据实际需要进行调整，通常情况下，应在监测区域内均匀地布设监测点，以保证监测结果的准确性和可靠性。
（三）监测设备选择根据监测点的位置和监测要求，选择合适的监测设备。
如果监测点位于室内或条件较为良好的地方，可以选择全站仪作为监测设备；如果监测点位于户外或条件较为恶劣的地方，可以选择GPS技术或遥感技术作为监测设备。
（四）监测周期和频次根据实际需要，确定监测周期和频次。
监测周期一般为一个月或三个月，监测频次一般为每天或每周一次，具体周期和频次可根据实际情况进行调整。
（五）数据处理和分析对监测数据进行处理和分析，包括数据的收集、整理、存储和分析。
监测数据应按照一定的格式进行存储，以便于后续的分析和应用。
（六）监测结果报告根据监测结果，编写监测结果报告。
报告应包括监测数据的分析结果、水平位移变化的趋势等内容，同时还可以提出相关的建议和预警信息。
四、监测保障措施（一）设立监测保障团队组建专业的监测保障团队，包括技术人员、仪器设备维护人员等，负责监测设备的维护和检修工作。
水平位移监测
水平位移观测方法： 水平位移观测方法：
① ② ③ ④
前方交会法 导线测量法 基准线法——视准线法和激光准直法 全站仪坐标采集法
案例介绍
水平、垂直位移监测 垂直度监测
水平、 水平、垂直位移监测
界河渡槽是南水北调东线工 程胶东地区引黄调水工程中的 重要输水建筑物，建筑物级别 Ⅰ级，抗震设防烈度7度，渡 槽全长1990m。槽身采用三种 结构形式：一是上承式预应力 混凝土拉杆拱式矩形渡槽结构， 跨度50.60m，共21跨，长 1062.60m；二是简支梁式预应 力混凝土矩形渡槽结构，跨度 20m，共计36跨，长720m；
三是简支梁式普通钢筋混凝土矩形渡槽结构，跨度10m，共 计13跨，长130m，设计流量16.3m3/s，加大流量21.2m3/s。界河 主河床宽约70～120m，滩地和一级阶地宽约700m，两岸丘陵高约 45m。
水平、垂直位移监测
界河主河床宽约70～120m， 滩地和一级阶地宽约700m，两岸 丘陵高约45m。基岩为燕山早期 花岗岩，覆盖层为第四纪全新统 冲积堆积的砾质粗砂、残坡积堆 积的砂质壤土。
（2）高程精度 ）
设AP′的长度为b，则由正弦定理： b = 由广义传播律，得b的中误差：
S ⋅ sin β S ⋅ sin β = sin γ sin(α + β )
S ⋅m mb = ⋅ sin 2 α + cos 2 (α + β ) ⋅ sin 2 β sin 2 (α + β ) ⋅ ρ
前方交会三角测高法的原理
水平位移测量原理
P
γ
α
A
β
B
x A cot β + x B cot α + ( y B − y A ) xP = cot α + cot β y A cot β + y B cot α + ( x A − x B ) yP = cot α + cot β
水平位移监测方法
水平位移监测方法1.全站仪监测法全站仪是一种精密的光学测量仪器，具有高精度和远距离测量能力。
它可以通过测量目标物体上的三个参考点来计算目标物体在水平方向上的位移。
全站仪监测法适用于测量较大的建筑物或工程结构的水平位移。
该方法具有精度高、测量范围大、操作简单等优点，但需要专业人员进行操作和数据处理。
2.遥感监测法遥感技术利用卫星、航空器或无人机等遥感平台获取目标物体的图像或数据，通过对比不同时间点的图像或数据来测量水平位移变化。
遥感监测法适用于大范围、连续的水平位移监测，可以实现对较大区域的位移变化进行快速检测和分析。
该方法具有覆盖面广、操作灵活等优点，但受到天气、光照等因素的限制。
3.GPS监测法全球定位系统（GPS）是一种通过卫星信号定位的导航系统，具有高精度和实时性的特点。
GPS监测法通过将多个GPS接收器安装在目标物体上，测量接收器之间的距离变化来计算目标物体的水平位移。
GPS监测法适用于需要实时监测和高精度定位的水平位移监测。
该方法具有精度高、实时性好等优点，但需要开放区域接收卫星信号。
4.激光测距仪监测法激光测距仪是一种利用激光束测量目标物体距离的仪器。
激光测距仪监测法通过将多个激光测距仪放置在目标物体的不同位置，测量目标物体上的多个点之间的距离变化来计算目标物体的水平位移。
激光测距仪监测法适用于对局部区域进行高精度位移监测。
该方法具有精度高、测量范围大等优点，但需要设备配合和专业人员进行操作。
5.弹性测量法弹性测量法利用测力计、应变计等传感器测量目标物体受力后产生的变形量，通过解析力学原理来计算目标物体的位移变化。
弹性测量法适用于对局部区域进行小范围位移监测。
该方法具有测量精度高、适应性强等优点，但需要事先安装传感器并进行定期校准。
以上介绍的水平位移监测方法各有其适用范围和特点，具体选择时可根据监测对象的大小、形状、精度要求等因素进行综合考虑。
在实际应用中，可以采用多种方法结合进行水平位移监测，以提高测量精度和可靠性。
水平位移监测
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3.激光准直测量
•激光准直测量按照其测量原理可分为直接测量和衍射法准 直测量两种，按照其测量环境可分为大气激光准直和真空激 光准直。 •在大气条件下，激光准直的精度一般为 10-5~10-6，影 响其精度的主要原因是大气折光的影响。在真空条件下，激 光准直的精度可达10-7~10-8 ，其精度较大气激光准直有明 显的提高，但其工程的造价和系统的维护费用也相应的提高。 •目前，在水利工程的变形监测中，主要采用衍射法激光准 直测量。
引张线法：通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝 体偏离值。
该方法特别适用于直线形建筑物的水平位移监测，其类型主 要包括：视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。
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1.视准线法
•视准线法是基准线法测量的方法之一，它是利用经纬仪或视准 仪的视准轴构成基准线，通过该基准线的铅垂面作为基准面， 并以此铅垂面为标准，测定其他观测点相对于该铅垂面的水平 位移量的一种方法。 •为保证基准线的稳定，必须在视准线的两端设置基准点或工作 基点。 •视准线法所用设备普通，操作简便，费用少，是一种应用较广 的观测方法。 •该方法同样受多种因素的影响，如：照准精度、大气折光等， 操作不当时，误差不容易控制，精度会受到明显的影响。
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注意事项
•在进行交会法观测时，首先应设置工作基点。工作基点应尽量
选在地质条件良好的基岩上，并尽可能离开承压区，且点联测，校核其是否发生变动。工作基
水平位移监测方法
水平位移监测方法
水平位移监测方法是一种用于测量和监测土体、岩体或结构物在水平方向上的位移变化的方法。
常见的水平位移监测方法包括：
1. 全站仪测量：全站仪是一种高精度的仪器，可以通过测量目标点的三维坐标来计算出其水平位移。
该方法适用于较小区域内的监测，如建筑物或桥梁的位移监测。
2. GPS测量：全球定位系统（GPS）可以通过接收卫星信号来确定目标点的空间位置，其中包括水平位移。
该方法适用于较大范围的水平位移监测，如地壳运动监测或地震研究。
3. 激光扫描测量：激光扫描仪可以通过扫描目标物体来获取其三维形状和位置信息，从而计算出水平位移。
该方法适用于需要高精度和快速测量的场合，如地铁隧道的位移监测。
4. 高精度测距仪测量：利用高精度测距仪可以测量目标点之间的水平距离变化，从而推算出位移变化。
该方法适用于需要长期稳定监测的场合，如地质灾害监测或土体稳定性评估。
这些方法可以单独使用或结合使用，根据监测需要和具体情况选择合适的方法来进行水平位移监测。
钢筋混凝土结构水平位移监测技术
钢筋混凝土结构水平位移监测技术钢筋混凝土结构在建筑领域中扮演着重要的角色，对于保障建筑物的安全性和稳定性具有关键作用。
水平位移是衡量结构变形和位移的重要指标之一，因此，对钢筋混凝土结构水平位移的准确监测技术尤为重要。
本文将探讨关于钢筋混凝土结构水平位移监测技术的应用和发展。
1. 水平位移监测的重要性钢筋混凝土结构的水平位移是建筑物安全性的关键指标之一。
建筑物水平位移异常可能导致结构的不稳定性，进而引发安全事故。
因此，准确监测钢筋混凝土结构的水平位移，可以帮助工程师及时发现结构变形并采取必要的措施，确保建筑物的安全性和稳定性。
2. 监测方法和技术目前，有多种水平位移监测方法和技术可供选择。
其中，常见的技术包括全站仪、激光测距仪、GPS定位系统等。
这些技术可以实时测量建筑物不同位置的水平位移，并将数据传输到监测设备或中心数据库进行分析和处理。
3. 全站仪监测技术全站仪是一种高精度的测量仪器，广泛应用于土木工程和建筑领域。
它可以通过测量建筑物各个部位的水平位移来判断结构的稳定性。
全站仪使用激光技术进行测量，具有高精度和高可靠性的特点，可以实时监测建筑物的水平位移，并生成相应的监测报告。
4. 激光测距仪监测技术激光测距仪是一种利用激光技术测量物体距离的仪器。
它可以通过测量建筑物不同位置的水平位移来评估结构的变形情况。
激光测距仪具有快速、精确和非接触式测量的特点，适用于复杂环境下的水平位移监测。
5. GPS定位系统监测技术GPS定位系统是一种利用卫星定位技术确定地理位置的系统。
它可以通过安装在建筑物上的GPS接收器实时监测建筑物的水平位移。
GPS定位系统具有高精度和全球覆盖的特点，可以在室内和室外环境中进行水平位移监测。
6. 数据处理和分析水平位移监测技术产生的数据需要进行处理和分析，以便为工程师提供准确的结构变形信息。
常用的数据处理和分析方法包括数据滤波、数据整合和数据可视化等。
通过对监测数据的分析，工程师可以判断建筑物的结构状态，并采取适当的维护和修复措施。
水平位移几种监测方法！（实用教程）
⽔平位移⼏种监测⽅法！（实⽤教程）⽔平位移，视准线法，测⼩⾓法，前⽅交会法，极坐标法，反演⼩⾓法当要观测某⼀特定⽅向（譬如垂直于基坑维护体⽅向）的位移时，经常采⽤视准线法、⼩⾓度法等观测⽅法。
但当变形体附近难以找到合适的⼯作基点或需同时观测变形体两个⽅向位移时，则⼀般采⽤前⽅交会法。
⽔平位移观测观测实践中利⽤较多的前⽅交会法主要有两种：测边前⽅交会法和测⾓前⽅交会法。
另外还有极坐标法以及⼀些困难条件下的⽔平位移观测⽅法。
视准线法：当需要测定变形体某⼀特定⽅向（譬如垂直于基坑维护体⽅向）的位移时，常使⽤视准线法或测⼩⾓法。
原理：如下图所⽰，点A、B是视准线的两个基准点（端点），1、2、3为⽔平位移观测点。
观测时将经纬仪置于A点，将仪器照准B点，将⽔平制动装置制动。
竖直转动经纬仪，分别转⾄1、2、3 三个点附近，⽤钢尺等⼯具测得⽔准观测点⾄A—B这条视准线的距离。
根据前后两次的测量距离，得出这段时间内⽔平位移量。
精度分析：由基准线的设置过程可知，观测误差主要包括仪器测站点仪器对中误差，视准线照准误差，读数照准误差，其中，影响最⼤的⽆疑是读数照准误差。
可知，当即准线太长时，⽬标模糊，读数照准精度太差；且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较⼤，⽆疑对观测成果有较⼤影响。
另外此⽅法还受到⼤⽓折光等因素的影响。
优点：视准线观测⽅法因其原理简单、⽅法实⽤、实施简便、投资较少的特点, 在⽔平位移观测中得到了⼴泛应⽤，并且派⽣出了多种多样的观测⽅法，如分段视准线，终点设站视准线等。
不⾜：对较长的视准线⽽⾔, 由于视线长, 使照准误差增⼤, 甚⾄可能造成照准困难。
当即准线太长时，⽬标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较⼤，⽆疑对观测成果有较⼤影响。
精度低，不易实现⾃动观测，受外界条件影响较⼤，⽽且变形值（位移标点的位移量）不能超出该系统的最⼤偏距值，否则⽆法进⾏观测。
测⼩⾓法：当需要测定变形体某⼀特定⽅向（譬如垂直于基坑维护体⽅向）的位移时，常使⽤视准线法或⼩⾓度法原理：如下图所⽰，如需观测某⽅向上的⽔平位移PP′，在监测区域⼀定距离以外选定⼯作基点A，⽔平位移监测点的布设应尽量与⼯作基点在⼀条直线上。
水平位移几种监测方法
水平位移几种监测方法水平位移监测是指对地震或工程活动引起的地表或结构物体的水平位移进行实时或定期观测和记录。
水平位移监测可以帮助我们了解地下断层活动、地震活动和工程结构物的稳定性及变形，为相关领域的研究提供重要数据。
在水平位移监测中，有几种常见的监测方法。
1.全站仪法全站仪法是一种测量地表水平位移的常用方法。
全站仪利用水平仪和方向仪测量目标点与基准点之间的水平角和垂直角，进一步计算出目标点相对于基准点的水平位移。
这种方法适用于较小的区域监测，例如建筑物或桥梁的结构变形监测。
2.GNSS（全球卫星定位系统）测量法GNSS是一种利用卫星信号进行测量的定位系统。
它可以通过接收多颗卫星的信号，测算出接收器与卫星之间的距离，从而计算出接收器的坐标位置。
GNSS测量法可以实时测量目标点的位置，从而实现对地表水平位移的监测。
这种方法适用于大范围的区域监测，例如城市或地震断层带的变形监测。
3.雷达干涉测量法雷达干涉测量法是一种利用合成孔径雷达（SAR）技术测量目标点水平位移的方法。
合成孔径雷达利用将多幅雷达图像进行组合处理，可以测量地表的微小变形。
通过测量不同时间的雷达图像，可以获得目标点相对于基准点的水平位移信息。
这种方法适用于大范围区域的监测，例如城市或地震断层带的监测。
4.激光扫描法激光扫描法通过使用激光扫描仪记录地表或结构物的地形或形貌，通过比较不同时间的扫描结果，可以获得目标点的水平位移信息。
这种方法适用于局部区域的监测，例如建筑物或桥梁的变形监测。
5.精密水准测量法精密水准测量法是一种传统的地面测量方法。
通过使用水准仪在不同时间测量目标点和基准点之间的高程差，可以获得水平位移的信息。
这种方法适用于小范围的监测，例如建筑物或桥梁的变形监测。
6.InSAR（干涉合成孔径雷达）技术InSAR技术是一种利用合成孔径雷达对地表进行干涉测量的方法。
它利用卫星通过观测地球表面的雷达信号，可以测量出地表的形变并计算出地表的水平位移。
水平位移监测
极坐标法
（2）差分改正。其基本思想是：由于测量自动化使得 测量时间缩短，大气等环境条件相对稳定，利用基准网的 稳定性信息，在无需测量气象元素下实现大气折射、大气 折光的实时差分改正。据测试在近距离（200米以内）上 可达到亚mm级的精度。
该系统的特点是：差分方案达到亚毫米级；减少了气 象仪器；全天24小时无人值守；可获取3维坐标信息；反 射棱镜价格低廉，有利于增加变形点数。
GPS法
在每个监测点上布设GPS天线和接收机，在数百米到 1～2km的短基线上GPS测量可以获得亚毫米级的定位精度。 在清江隔河岩大坝的变形观测中，1～2h观测的水平精度 优于±1mm，垂直精度优于±1.5mm，6h观测的水平精度优 于±0.5mm，垂直精度优于±1mm，而GPS瞬时观测的水平 位移精度为±3mm～±5mm，垂直位移精度为±8mm。 特点是能实现自动连续观测，实时性强，精度高。缺 点是：观测点位固定，每增加一个观测点就必须添加一台 GPS接收机，需要稳定的数据传输系统，成本较高，单机 多天线技术是一个发展方向。
基准线法
3)．激光准直法：该法利用激光的单色性 好和方向性强的特点，建立起一条物理 的视准线作为测量基准，根据测量原理 的不同可分为直接准直和衍射法准直， 后者精度高于前者。
精密导线法
对于非直线型的建筑物，如重力拱坝、曲线型 桥梁以及一些高层建筑物的位移观测，可以布设 精密导线，测量导线点在不同观测周期坐标值的 变化。
摄影测量法
摄影测量方法的精度主要取决于: 1)像点坐标的量测精度,它取决于摄影机和量测仪的质量 以及摄影材料的质量; 2)摄影测量几何图形的强度,它取决于摄影站和变形体间 的关系及其变形体上控制点的数量和分布有关; 3)数据处理采用严密的光束法平差,即将内外方位元素、 控制点坐标以及摄影测量中的系统误差如底片变形、 镜头畸变等作为观测值或估计参数一起进行平差，也 可进一步提高变形体上被测目标点的精度。 4）目前像片坐标精度可达2~4μ m，目标点精度可达摄影 距离的1/100000。
水平位移监测
测绘学院工测教研室
第1页，共39页。
工程变形测量
•位移测量的概念
测定变形体的水平位置和形状随时间而产生的变化特征,解释原因 ,并提供变形趋势及稳定预报而进行的测量工作。 •通过重复的平面测量来实现
·水平位移测量概述
·专用位移测量技术
·常规位移测量技术(下次课讲）
测绘学院工测教研室
第2页，共39页。
工程变形测量
4.激光准直测量
（2）波带板激光准直
激光器
工作基点
变形观测点
A
测绘学院工测教研室
li
li
sAi sAB
i
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光电接收靶 工作基点
i
B
工程变形测量
测绘学院工测教研室
第23页，共39页。
工程变形测量
2.引张线法
引张线法：在两个基准点间，以重锤和滑轮拉紧的金 属丝作为基准线，测量变形观测点到基准线的距离， 确定偏离值的方法。
A A
测绘学院工测教研室
垂径
V 形支架 弦线 浮子水槽来自第24页，共39页。B
B
工程变形测量
2.引张线法
系统构造： 端点装置 测点装置 测线及保护管
第19页，共39页。
工程变形测量
1.视准线法
（1）测小角法
中间设站法
mli
m
DAi DBi DAi DBi
mli
DAi
2
m
一端设站法
mli
DAi
m1i
测绘学院工测教研室
第20页，共39页。
工程变形测量
1.视准线法
（2）活动觇牌法
A
li
B
测绘学院工测教研室
水平位移监测的基本原理和方法
水平位移监测的基本原理和方法
水平位移监测的基本原理是利用各种方法测量确定观测点的位置变化。
通过定期测量建筑物各个观测点在同一坐标系中的坐标值，可以确定其位置的变化情况。
基本方法有：
1. 视准线法：以经过光学测量仪器的视准线建立一个平行或通过坝轴线的固定铅直平面作为基准面，定期观测确定的点位与基准面之间的偏离值的大小，即该点的水平位移。
这种方法适用于混凝土建筑物顶部横向水平位移和土石建筑物横向水平位移的观测。
2. 引张线法：利用张紧在两工作基点之间的不锈钢丝作为基准线，测量沿线测点和钢丝之间的相对位移，以确定该点的水平位移。
这种方法适用于直线形的混凝土坝，一般设置在水平纵向廊道内。
此外，还有偏心法、前方交会法、GPS监测法等。
在实际应用中，应根据具体的监测对象、精度要求、场地条件等因素选择合适的方法。
同时，为了确保监测的准确性和可靠性，还需要注意观测点的布设、观测周期的确定、观测数据的处理和分析等方面的问题。
建筑物水平位移监测-精品PPT课件
倾斜观测
K
• 倾斜度
i K h
h
K=水平位移量 h=建筑物高度
如何测定顶点水平位移K？
前方交会法测定顶点水平位移
• 采用前方交会法时，则高处观测点与其理论位 置的坐标差△x、△y，即为在x, y方向上的位 移值，其最大位移方向上的位移值为
K x 2 y 2
烟囱倾斜观测实例
极坐标法
• 基准点：A与B
• 观测量：角度a与水平距离D • 求点P的平面坐标
aBP aAB a 180
• 点位中误差
mp
m
2 D
( m
D)2
xP xB D cos aBP yP yB D sin aBP
导线法
• 当相邻的变形点间可以通视，且在变形点上可以安置仪 器进行测角、测距时，可采用这种方法。通过各次观测 所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方 向。这种方法多用于非直线型建筑物的水平位移观测， 如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。
计算
• 可按下式计算出垂直于Ap、Bp方向的 偏移量eA、eB
eA
a
(DA
R)
eB
b
(
DB
R)
式中R为烟囱底部的半径，可量出底部 的周长后求得。烟囱总的偏移量e和偏移 方向分别为：
e
e
2 A
e
2 B
arctan eA
eB
垂准线法测定顶点水平位移
• 垂球线法——利用垂球时，是在高处的某 点，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂 球，垂球线的长度应使垂球尖端刚刚不与 底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点 在底部的理论投影位置的距离，即为高处 该点的水平位移值。
建筑物水平位移监测.
1.8
≤1/70 000
＜200
2.5
≤1/40 000
四等
12.0
＜400
2.5
≤1/40 000
作业要求
按国家一等三角要求施测 按国家二等三角要求施测 按国家二等三角要求施测 按国家三等三角要求施测 按国家三等三角要求施测 按国家四等三角要求施测 按国家四等三角要求施测
变形点的水平位移观测方法
xA
xB
• 点位中误差
mp
m D sin 2 sin 2 sin 2 ( )
测角后方交会
• 基准点：A、B与C • 观测量：角度a与β • 求点P的平面坐标
xp
xB
xBp
xB
a Kb 1 K2
y p yB yBp yB K xBp
水平位移监测网的主要技术要求
等级
相邻基准点 的点位中误
差(mm)
平均边长 (m)
测角中 误差(″)
最弱边相对 中误差
一等
1.5
＜300 ＜150
0.7 ≤1/250 000 1.0 ≤1/120 000
二等
3.0
＜300 ＜150
1.0 ≤1/120 000
1.8
≤1/70 000
三等
6.0
＜350
建筑物水平位移 监测
水平位移观测方法
• 水平位移观测基础：水平位移监测网（平面控制网）、
一次布网
• 一般采用独立坐标系统，例如大坝、桥梁等往往以它
的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向 位移。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网。
第五章 水平位移观测
§5-3
引张线法测定水平位移
引张线法：在坝体廊道内，利用一根拉紧的不锈钢钢丝所建立的基准 面来测定观测点的偏离值的方法。 引张线装置：由端点、观测点、测线(钢丝)、测线保护管这4部分组成
一、端点
1.墩座 2.夹线装置 3.滑轮 4.重锤 5.重锤联接装置
多媒体课件
6
二、观测点：1.浮托装置、2.标尺、3.保护箱
多媒体课件
1
二、观测墩
三、活动觇牌
1.基础、支撑均稳定 2.温度变形小 3.强制对中 4.便于安置
多媒体课件
1.反差大 2.无相位差 3.图案应对称 4.应有适当参考面积 5.便于安置
2
一、测小角法 二、活动觇牌法
1.活动觇牌 2.测距装置
3.对点装置
多媒体课件
3
测小角法：利用精密经纬仪精确测出基准线与 置镜点到观测点 视线的夹角，即偏离值为 Li=αi· / Si ρ 式中： Si为端点 到观测点的距离
第五章 水平位移观测
§5-1 基准线法测定水平位移
一、基准线法的原理： 通过建筑物轴线或平行与建筑物轴线的固定不变的铅值平 面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。 视准线法：由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法。 激光准直法：通过激光 引张线法：通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝 体偏离值。
多媒体课件 8
§5-4
导线法测定水平位移
导线法测定的原因： 基准线法测定水平位移具有速度快、精度高、 计算简单的优点，但塌只能测定一个方向的位移。 这对于直线型建筑物都是合适的，但对于重力拱 坝、曲线桥等非直线型建筑物，有时需要他们在 任一方向上的水平位移，这就必须测定建筑物在 两个互相垂直方向上的水平位移。 导线法即是能满足这一要求的最简单的方法 之一。
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边角导线（1）
第 3 节 精 密 导 线 测 量
•边角导线的转折角测量是通过高精度经纬仪观测的， 而边长大多采用特制铟钢尺进行丈量，也可利用高精 度的光电测距仪进行测距。 •观测前，应按规范的有关规定检查仪器，在洞室和 廊道中观测时，应封闭通风口以保持空气平稳，观测 的照明设备应采用冷光照明，以减少折光误差。 •观测时，需分别观测导线点标志的左右侧角各一个 测回，并独立进行两次观测，取两次读数中值为该方 向观测值。 •边角导线的系长一般不宜大于320m，边数不宜多 于20条，同时要求相邻两导线边的长度不宜相差过 大。
22
2.3 测角交会法
测角交会法
第 2 节 交 会 法 观 测
xP
x Actg xB ctg y B y A ctg ctg y Actg y B ctg xB x A yP ctg ctg
mp m
a 2 b2 sin 2
v均
n m
t
• 若t时间段以月份或年份数表示时，则v均为月平均变化速 度或年平均变化速度。 6
§1.5 测点布设（1）
第 1 节 概 述
•建筑物水平位移监测的测点宜按两个 层次布设，即由控制点组成控制网、由 观测点及所联测的控制点组成扩展网； •对于单个建筑物上部或构件的位移监 测，可将控制点连同观测点按单一层次 布设。
33
§1.2
第 一 节 概 述
水平位移产生的原因
•产生水平位移的原因主要是建筑物 及其基础受到水平应力的影响而产生 的地基的水平移动。
44
§1.3
第 一 节 概 述
水平位移观测的意义
•适时监测建筑物的水平位移量，能 有效地监控建筑物的安全状况，并可 根据实际情况采取适当的加固措施。
55
§1.4 水平位移观测基本原理
第五章
变 形 监 测 与 数 据 处 理
水平位移监测技术
1
主要内容
第 五 章 水 平 位 移 监 测 技 术
•概述 •交会法观测 •精密导线测量 •全站仪观测 •视准线测量 •引张线测量 •垂线测量 •激光准直测量
2
§1.1
第 一 节 概 述
水平位移观测的内容
•建筑物水平位移观测包括位于特殊 性土地区的建筑物地基基础水平位移 观测、受高层建筑基础施工影响的建 筑物及工程设施水平位移观测以及挡 土墙、大面积堆载等工程中所需的地 基土深层侧向位移观测等，应测定在 规定平面位臵上随时间变化的位移量 和位移速度。
17
§1.9
提交成果
第 1 （ 1）水平位移观测点位布臵图； 节 （2）观测成果表； （3）水平位移曲线图； 概 （4）地基土深层侧向位移图（视需要提交）； 述 （5）当基础的水平位移与沉降同时观测时，可选 择典型剖面，绘制两者的关系曲线； （6）观测成果分析资料。
18
§2.1 交会法观测概述
第 • 原理 : 交会法是利用 2 个或 3 个已知坐标的工作 二 节 基点，测定位移标点的坐标变化，从而确定其 交 会 法 观 测
•采用测角交会法时，交会角最好接近90°，若 条件限制，也可设计在60°~120°之间。 •工作基点到测点的距离，一般不宜大于300m， 当采用三方向交会时，可适当放宽要求。
23
测角交会误差椭圆
第 2 节 交 会 法 观 测
24
2.4 测边交会法
第 2 节 交 会 法 观 测
x P x A b cos AP y P y A b sin AP
29
边角导线（2）
第 3 节 精 密 导 线 测 量
30
弦矢导线（1）
第 3 节 精 密 导 线 测 量
•弦矢导线法是根据重复进行K次导线边长变化 值和矢距变化值的观测来求得变形体的实际变 形量δ。 •弦矢导线法矢距测量系统是以弦线在矢距尺 上的投影为基准,用测微仪测量出零点差和变化 值。 •首测矢距时需测定两组数值：读取弦线在矢 距因瓦尺上的垂直投影读数Vi (i=1,2,…n),以及 微型标志中点(即导线点)与矢距尺零点之差值。 •复测矢距时仅需读取弦线在矢距因瓦尺上的 垂直投影读数。
TCA2003自动监测系统（2）
第 4 节 全 站 仪 观 测
•参考点（三维坐标已知）应位于变形区以外，选 择适当的稳定的基准点，用以在监测变形点之前 检测基点位臵的变化，以保证监测结果的有效性， 点上放臵正对基站的单棱镜。 •参考点要求覆盖整个变形区域。 •参考系除了为极坐标系统提供方位外，更重要的 是为系统数据处理时的距离及高差差分计算提供 基准。 •根据需要，在变形体上选择若干变形监测点，这 些监测点均匀分布在变形体上，到基点的距离应 大致相等，且互不阻挡。每个监测点上安臵有对 准监测站的反射单棱镜。
21
2.2 注意事项(续)
第 2 节 交 会 法 观 测
•工作基点到位移监测点的边长不能相差太大，应大 致相等，且与监测点大致同高，以免视线倾角过大， 影响测量的精度。 •为减小大气折光的影响，交会边的视线应离地面或 障碍物在1.2m以上，并应尽量避免视线贴近水面。 •在利用边长交会法时，还应避免周围强磁场的干扰 影响。
1 mp sin
m m
2 a
2 b
在使用该法时应注意下列几点： •γ角通常应保持在60°至120°之间； •测距要仔细，以减小测边中误差ma和mb； •交会边长度a和b应力求相等，且一般不宜大于 600m
25
2.5 后方交会法
第 2 节 交 会 法 观 测
xP xB xBP yP yB k xBP
7
§1.5 测点布设（2）
第 •控制网可采用测角网、测边网、边角网和导 1 线网等形式，扩展网和单一层次布网有角度 节 交会、边长交会、边角交会、基准线和附合 概 导线等形式。各种布网均应考虑网形强度， 述 长短边不宜悬殊过大。
•为保证变形监测的准确可靠，每一测区的基 准点不应少于2个，每一测区的工作基点亦不 应少于2个。基准点、工作基点应根据实际情 况构成一定的网形，并按规范规定的精度定 期进行检测。 8
32
弦矢导线（3）
第 3 节 精 密 导 线 测 量
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弦矢导线（4）
第 3 节 精 密 导 线 测 量
34
§4
全站仪观测
第 •全站仪又称全站型电子速测仪，是一种兼有电子测 六 距、电子测角、计算和数据自动记录及传输功能的 章 自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。 •全站仪由电子测角、电子测距等系统组成，测量结 水 果能自动显示、计算和存储，并能与外围设备自动 平 位 交换信息的多功能测量仪器。 移 •全站仪架设在已知点上，只要输入测站点、后视点 监 的坐标，瞄准后视点定向，按下反算方位角键，则 测 仪器自动将测站与后视的方位角设臵在该方向上。 技 然后，瞄准待测目标，按下测量键，仪器将很快地 术 测量水平角、垂直角、距离，并利用这些数据计算 待测点的三维坐标。
2
测量观测点任意方向位移
3
对于观测内容较多的大测 区或观测点远离稳定地区 的测区 测量土体内部侧向位移
4
15
控制网
第 1 节 概 述
16
§1.8
观测周期
第 水平位移观测的周期，对于不良地基土 1 节 地区的观测，可与一并进行的沉降观测协调
考虑确定；对于受基础施工影响的位移观测， 概 述 应按施工进度的需要确定，可逐日或隔数日 观测一次，直至施工结束；对于土体内部侧 向位移观测，应视变形情况和工程进展而定。
第 1 节 概 述
• 设建筑物某个点在第k次观测周期所得相应坐标为Xk、Yk， 该点的原始坐标为X0、Y0，则该点的水平位移δ为：
x Xk X0 y Yk Y0
• 某一时间段（t）内变形值的变化用平均变形速度来表示。 例如，在第n和第m观测周期相隔时间内，观测点的平均变形 速度等于：
9
强制对中装置
第 1 节 概 述
10
观测墩浇筑
第 1 节 概 述
11
观测墩形式
第 1 节 概 述
12
水平位移监测基准点
第 1 节 概 述
13
固定式照准牌
第 1 节 概 述
14
§1.7 常用方法
第 1 节 概 述
水平位移观测方法的选用
序号 1 具体情况或要求 测量地面观测点在特定方 向的位移 方法选用 基准线法（包括视准线法、激光准直 法、引张线法等） 可视观测点的分布情况，采用前方交 会法或方向差交会法、精密导线测量 法或近景摄影测量等方法 宜采用三角、三边、边角测量与基准 线法相结合的综合测量方法 可采用测斜仪观测方法
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TCA2003自动监测系统（1）
第 •TCA2003自动监测系统主要由测量机器人、 4 基点、参考点、目标点组成，可实现全天候 节 的无人值守。 全 站 仪 观 测
•监测前首先依据目标点及参考点的分布情况， 合理安臵TCA2003测量机器人。 •要求具有良好的通视条件，一般应选择在稳 定处，使所有目标点与全站仪的距离均在设 臵的观测范围内，且避免同一方向上由两个 监测点，给全站仪的目标识别带来困难。 •为了仪器的防护、保温等需要，并保证通视 良好，应专门设计、建造监测站房。 37
第 二 节 交 会 法 观 测
20 20
2.2 注意事项
第 2 节 交 会 法 观 测
•在进行交会法观测时，首先应设臵工作基点。工作 基点应尽量选在地质条件良好的基岩上，并尽可能离 开承压区，且不受人为的碰撞或震动。 •工作基点应定期与基准点联测，校核其是否发生变 动。工作基点上应设强制对中装臵，以减小仪器对中 误差的影响。
变形情况的一种测量方法。 •优点:该方法具有观测方便、测量费用低、不 需要特殊仪器等优点，特别适用于人难以到达 的变形体的监测工作，如：滑坡体、悬崖、坝 坡、塔顶、烟囱等。 •缺点:是测量的精度和可靠性较低，高精度的 变形监测一般不采用此方法。 •主要包括:测角交会、测边交会和后方交会三 种方法。 19 19