岩土工程监测

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1、岩土工程监测丁万涛 主要内容绪论测试技术根底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根底的测试与检测 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 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开展的根底。 本课程在岩

2、土工程中的地位与作用岩土力学在一定意义上讲就是一门试验力学，试验是土力学开展的根底。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，以确保岩土工程的平安性。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开展中也起着决定性作用。 监测与检测的重要性保证工程的施工质量和平安，提高工程效益。在岩土工程效劳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

3、能使理论分析与实测根本一致的工程参数。 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：根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根本物理力学性能。 1.3.1 原位测试获取设计参数的原位试验；提供施工控制和反演分析参数的原位检测。优点： 1、避开取土样困难，测定难以采取不扰动试样土层的工程性质； 2、在原位应力条件下试验，防止采用过程中应力释放的影响； 3、试验的岩

4、土体体积较大，代表性强； 4、工作效率较高，可大大缩短勘探试验的周期。 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。 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

5、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。目的： 1、检验岩土工程施工质量是否满足岩土工程设计和有关规程、标准的要求； 2、指导岩土工程的施工方法、流程和施工进度，通过岩土工程监测反响分析岩土工程设计与施工是否合理，并为后续设计与施工方案提供优化意见； 3、检测岩土工程施工对环境的影响，验证岩土工程施工防护措施的效果； 4、及时发现和预报岩土工程施工过程中所出现的异常情况、防止岩土工程施工事故，保障岩土工程施工平安； 5、提供定量的岩土工程质量事故鉴定依据

6、； 6、为建构筑物的竣工验收提供所需的监测资料。 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响性状的监测； 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

7、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析及其再预测的有机结合与循环 第二章 测试技术根底知识测试：信息采集，获取测试数据；以确定量值为目的的一系列操作。测试系统：传感技术的实体，传感器与多台仪表的组合。 2.1.1 测试将测试值与同种性质的标准量进行比较，确定被测试值对标准量的倍数。 2.1.2 测试系统测试系统：传感器与测试仪表、变换装置等的有机组合。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

8、。 2.2 传感器的根本特性传感器：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。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：稳态时传感器输出量Y和输入量X之比，或输出量Y的增量和输入量X的增量之比。X/YS 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

9、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。迟滞差：对于同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值hmax与量程A的比值的百分率。 分 辨 力 ： 传 感 器 能 检 测 到 的 最 小 输 入 增 量 。 在 输 入零 点 附 近 的 分 辨 力 称 为 阀 值 。 测 量 范 围 和 量 程 ： 在 允 许 误 差 限 内 ， 被 测 量 值 的 下限 与 上 限 之 间 的 范 围 。 重 复 性 ： 传 感 器 在 同 一 条 件 下 ， 被 测 输 入 量 按 同 一方 向 作 全 量 程 连 续 屡 次 重

10、复 测 量 时 ， 所 得 输 出 -输入 曲 线 的 不 一 致 程 度 。 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

11、器 的 动 态 响应 。 线 性 系 统 的 动 态 响 应 ， 广 泛 使 用 的 数 学 模 型是 普 通 线 性 常 系 数 微 分 方 程 。 2.3 常用传感器的类型和工作原理 变 换 原 理 ： 电 阻 式 、 电 容 式 、 差 动 变 压 器式 、 光 电 式 等 。 被 测 量 的 物 理 量 ： 位 移 传 感 器 、 压 力 传 感器 、 速 度 传 感 器 。 2.3.1 差动电阻式传感器卡尔逊式仪器 组 成 ： 两 根 弹 性 钢 丝 作 为 传 感 元 件 ， 一 根 受 拉 ， 一根 受 压 。 钢 丝 特 性 之 一 环 境 变 量 变 化 ， 钢 丝 电 阻

12、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

13、 值 ， 就 得 到 仪 器 的 变 形或 应 力 ； 温 度 改 变 时 ， 钢 丝 电 阻 变 化 是 同 方 向 的 ， 温 度 升 高 时 ， 两 根钢 丝 的 电 阻 都 减 少 。 获 得 钢 丝 的 串 联 电 阻 ， 就 可 求 得 仪 器 测点 位 置 的 稳 定 。 差 动 式 应 变 计 ： 灵 敏 度 较 高 ，性 能 稳 定 ， 耐久 性 好 2.3.2 钢弦频率式传感器 组 成 ： 一 根 金 属 丝 弦 高 弹 性 弹 簧 钢 、 马 氏 不 锈 钢 或 钨 钢 工 作 原 理 ： 利 用 钢 弦 的 自 振 频 率 与 钢 弦 所 受 到 的 外 加 张 力 关

14、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 。 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

15、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巩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 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。v仪器选择经济方面v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v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

16、 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 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。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。 监测仪器的适用范围及使

17、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、速度计、加速度计、动水压力计等 2.4.4 仪器和传感器的标定标定：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。标定方法：利用标准设备产生“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假设干等间距点；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屡次重复测量，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鼓励标定参数，得到鼓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。