现代变形监测技术

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现代变形监测技术
上海金贸大厦
高420.5 m 88层 钢-混结构 建成于1998年
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现代变形监测技术
深圳地王大厦
•高324.8m (塔顶高384m) •69层 •钢-混结构 •建成于1996年
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现代变形监测技术
北京中央广播电视塔
土木工程专业
现代变形监测技术
任课教师：高 飞
合肥工业大学土木与水利工程学院
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现代变形监测技术
课程性质：土木工程专业选修课 学时数：24 学时 教材及主要参考书
1.《工程测量学》第三版，测绘出版社 2.《工程测量学》张正禄，武汉大学出版社 3.《变形监测与数据处理》黄声享，武汉大学出版 社 4.《变形监测理论与应用》侯建国，测绘出版社 5.《建（构）筑物变形监测》高飞，合肥工大讲义
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的目的和意义
例一:
1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成 功预报，确保灾害损失减少到最低限度。
它不仅使滑坡区内457户计1371人在滑坡 前夕全部安全撤离，无一人伤亡，而且使正在 险区长江上、下游航行的11艘船只及时避险。 为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我 国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹。
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现代变形监测技术
本课程主要内容
第一章 变形监测概述 第二章 垂直位移与水平位移观测 第三章 变形监测新技术与工程实例 第四章 变形监测数据处理基础
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现代变形监测技术
第1章 变形监测概述
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4
变形测量的意义、目的和内容 变形监测的特点 变形监测技术和方法 变形监测数据分析
(3)由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世 纪初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。
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四、变形监测的目的和意义
2.国内出现的典型实例
(4)多起桥梁的倒塌事故给国家和地方造成了 巨大的损失。
(5)2007年11月20日湖北省恩施市高阳寨隧道 崩塌，证实31人死亡、1人失踪。08年杭州地铁 塌陷、09年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等。
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阿拉伯联合酋长国——迪拜塔
哈利法塔（Burj Khalifa Tower）原名迪 拜塔（Burj Dubai）， 位于阿拉伯联合酋长国。 2004年9月21日开始动工， 2010年1月4日竣工启用， 耗资10亿美元。
168层，钢混结构 总高828米=601+227米
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浙 江 秦 山 核 电 站
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北京正负电子对撞机
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中国科技大学 同步辐射加速器
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中科院合肥等离子研究所
——托特马克装置（用于等离子研究的核聚变装置）
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巨型对天射电望远镜
1963年美国安装在波多黎各的阿雷西博射电 天文台的著名抛物面射电望远镜 (直径305
(2) 与建筑物本身相联系的原因 如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及 动荷载的作用、工艺设备的重量等。
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二、变形产生的原因与类型
1.变形产生的原因 (1) 自然条件及其变化
（地质、水文、气象、相邻建筑物的影响）
(2) 与建筑物本身相联系的原因
（结构形式、本身荷重、动态荷载）
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现代变形监测技术
§1.1 变形测量的意义、目的和内容
一、变形与变形监测
工程建（构）筑物的变形监测，在我国还是一门 比较年轻的科学。它是随着我国建设事业的发展而兴 起的，并向着多学科融合的边缘科学方向发展。
●高层（超高层）民用建筑物
●工业建筑群 （如上海宝钢、核电站等）
●交通建（构）筑物——大型桥梁
当建筑物在施工和运营理过程中，产生不利 于建筑物稳定的变化因素时，变形就必然要发生。
当变形值超过允许的限值，建筑物就可能出 现危险甚至破坏，给人民的生命财产造成极大的 损失。
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四、变形监测的目的和意义
1.国外出现的典型实例
(1)法国马尔巴塞大坝（Malpasset），这 座高67m的拱坝建成5年后，于1959年12月倒塌， 其下游10km处的费雷加斯城在45分钟内被滚滚而 下的洪水夷为平地。
总高度468米(118米+350米) 建成于1994年10月
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上海环球 金融中心
•高492m， •101层 •钢-混结构 •2008年建成
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武汉长江大桥
1957
南京长江大桥
1968
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九江长江大桥 润扬长江大桥
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米)
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
一、变形与变形监测
• 变形 由于各种相关因素的影响，这些工程建筑物及
精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、 挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。
当变形值在一定限度之内时，可认为是正常现 象，如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正 常使用，严重时还会危及建筑物的安全和人民生命 财产的安全。
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广州塔（小蛮腰）
于2009年9月 竣工，广州电视观光塔 整体高度达到600米，取 代加拿大的西恩塔成为 世界第一高自立式电视 塔。
其中塔身主体450米 (塔顶观光平台最高处 454米)，天线桅杆150米， 总高度600米。
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上海广播电视塔(东方明珠)
芜湖长江大桥
安徽省芜湖市的芜湖长江大桥，全长10616米，是 目前中国最长的公铁两用桥。跨江主桥长2193米， 大桥主跨312米，是我国迄今为止公铁两用桥中跨 度最大的桥梁
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铜陵长江大桥
安庆长江大桥
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马鞍山长江大桥
马鞍 山长江大桥全 长约36.274公 里。 其中跨江主体 工程长11.209 公里，南岸接 线长19.320公 里，北岸接线 5.745公里， 项目总投资约 70.78亿元。 2013年12月31 日投入使用。
•高380m (天线顶部405m) •建成于1997年
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现代变形监测技术
世界八大高塔
1.阿拉伯联合酋长国——迪拜塔828米 2.广州电视塔600米； 3.加拿大多伦多电视塔为553米； 4.莫斯科奥斯坦基诺电视塔为540米； 5.上海东方明珠电视塔为468米； 6.吉隆坡梅纳拉电视塔为421米； 7.天津电视塔为415米； 8.北京中央广播电视塔为405米
(6)2007年11月24日下午3点山西省侯马市西 客站候车大厅举行封顶典礼，25日凌晨1点倒塌。
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的目的和意义
为此，对于大型建（构）筑物的灾害 变形监测与防治已越来越受到全社会的普遍 关注和重视。
经过20多年的努力，广大测量科技工作 者和工程技术人员在变形监测领域取得了丰 硕的研究成果，并发挥了巨大的社会效益。
• 静态变形: 是指变形监测结果仅表示为时间的函数；
• 动态变形 是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函
数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果 是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
三、变形监测的主要任务
是周期性地对拟定的观测点进行重复观 测，求得其在两个观测周期间的变化量；或 采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬 时变形。
至于变形观测的具体方法，则要 根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的 环境以及对观测的要求来选定，这将在以后各 章节中详细介绍。
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的目的和意义 (一)变形监测的意义
根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变 形的因素是多方面的，而且多数变形由客观自然 条件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变 形是不可避免的。
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万里长江第一坝 ——葛洲坝
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葛洲坝 发电厂房与泄洪闸
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长江三峡水电枢纽 ——三峡大坝全景
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三峡大坝 施工现场
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长江三峡水电枢纽 ——三峡大坝卫星影像图
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安徽 佛子岭水电大坝
——新中国第一坝
始建于1952年 建成于1954年
2005年国家投资1.66 亿对其进行检测加固
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安徽金寨 梅山水电大坝
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利用全自动全站仪 进行大坝监测
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利用近景摄影测量方法 进行大坝监测
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(2)意大利262m高的瓦依昂（Vajont）拱 坝1963年因上游库岸大滑坡，导致涌浪翻坝且水 库淤满而失效。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
四、变形监测的目的和意义
2.国内出现的典型实例
(1)我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失 事，造成灾害。
(2)在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因 其旁边（仅相隔1m多）新建高层建筑物的影响，造 成地面开裂，该6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠 向新建高层建筑成为危房而拆除。
●大型水工建筑物——大坝
●现代科学试验设备——高科技
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现代变形监测技术
●高层（超高层）民用建筑物
例如： 上海金贸大厦——高420.5m、88层； 深圳地王大厦——高324.8m； 大型电视塔——北京\上海\天津等； 上 海 环 球 金 融 中 心 ——101 层 ， 高 度 达 492m 。
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§1.1 变形测量的意义、目的和内容
四、变形监测的目的和意义
例二:
1998年长江流域大洪水，湖北隔河 岩大坝成功利用GPS自动化变形监测系统在 抗洪错峰中发挥了巨大作用，确保了长江安 全渡汛，避免了荆江大堤灾难性的分洪。
• 外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构） 筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、 挠度观测等。
• 工程建筑物的内外部变形观测之间有着密切的联系， 一般应同时进行，以便互相验证和补充。
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一、变形与变形监测
• 从广义上说，变形监测的研究范围应包括： （1）全球性变形测量：研究地极移动、地球自转 速度以及地壳板块运动等变形测量工作。 （2）区域性变形测量：研究同一地壳板块范围内 的变形状态，以及相邻板块交界处的相对变形测量 工作。 （3）局部性变形测量：研究工程建（构）筑物的 变形、基坑或山体滑坡变形、地表沉陷变形，以及 工业设备构件的形位变形监测等
此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理 方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。
通常，这些大型建（构）筑物变形的原因都 是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运 营管理阶段。
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二、变形产生的原因与类型
2.变形的类型
(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形
(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形
因此，在工程建（构）筑物的施工、使用和运 营期间，必须对它们进行必要的变形监测。
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一、变形与变形监测
• 所谓变形监测，就是利用专门的仪器和设备测定建 （构）筑物及其地基在建（构）筑物荷载和外力作用 下随时间而变形的测量工作。
• 变形监测——包括内部监测和外部监测两部分。 • 内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、 温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等；
——是本课程学习的重点内容。
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二、变形产生的原因与类型
1.变形产生的原因
(1) 自然条件及其变化 建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的 变化，以及相邻建筑物的影响等。
例如，由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉 降，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周 期性的变化，而引起建筑物的规律性变形；新建的相邻大型建 筑物改变了原有建筑物周边的土壤平衡，使地面产生不均匀沉 降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。