变形观测的理论与方法

变形观测的理论与方法

变形观测：
对建筑物及其地基由于荷重和地质条件变化等外界因素引起的各种变形（空间位移）的测定工作。其目的在于了解建筑物的稳定性，监视它的安全情况，研究变形规律，检验设计理论及其所采用的计算方法和经验数据，是工程测量学的重要内容之一。

振动观测
对于高层建筑物和机械设备往返摆动情况的观测工作。高层建筑物在风力、日照和温度的影响下，某些机械设备在动荷重的状态下,都会发生摆动。传统的变形观测方法无法满足这方面观测的要求。利用光电系统可以将观测点坐标自动记录在纸带上，从而求得建筑物的振动频率和振幅大小。自动倾斜仪（例如电子水准器）能将精密水准气泡的微小倾斜转换成电信号输出，可用于观测转动角的往返变动。利用电子水准器同时测定不同高度的转动角，通过换算可以求得建筑物顶点的振动。

沉降观测
测定建筑物或其基础的高程随时间变化的工作。建筑物在施工和运营期间，对埋设在基础和建筑物上的观测点，定期用精密水准测量的方法测定它们的高程，比较观测点不同周期的高程即可求得其沉降值。有时也可用地面立体摄影测量的方法及液体静力水准测量的方法测定沉降值。在液体静力水准测量中，可采用探针探测液面高程，也可采用将液面高程的变化用传感器输出等方法实现自动化观测。

位移观测
测定建筑物上某些点的平面位置随时间变化的工作。建筑物位移可能是任意方向的，也可能发生在某一特定方向。任意方向位移的测定常用前方交会法，或地面立体摄影测量的方法测定(见地面摄影测量)；对某些不宜用交会法观测的建筑物，也可采用导线测量方法。位移值均由比较不同观测周期所得的观测点坐标求得。特定方向位移的测定常用基准线法，即以垂直于位移方向的固定不变的铅垂面为观测基准面，定期测定建筑物相对于它的偏离值，以计算位移值。此外，还可采用视准线法。

建筑物变形观测 (就找了这些)
测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下，一定时间段内所产生的变形量及其数据的分析和处理工作。内容包括沉降、倾斜、位移、挠曲、风振等变形观测项目。其目的是监视建筑物在施工过程中和竣工后，投入使用中的安全情况；验证地质勘察资料和设计数据的可靠程度；研究变形的原因和规律，以改进设计理论和施工方法。
建筑物地基和基础变形观测 内容主要有：
基坑回弹测量 在基坑开挖前、中、后期，测出事先埋设在基底面上的观测点，由于基坑开挖引起的高程变化。开挖前和开挖后两次的高程差为基坑的总回弹量。
地基分层沉降测量 测出埋设在不同土层上的观测点因荷载增加而引起的高程变化，以求得各土层的沉降量和受压层的最大深度。
建筑物的沉降测量 测出建筑物或基础上的观测点，因时间推移或因地基发生变化所引起的高程差异，比较不同周期的观测值即得沉降量。
以上内容都属于以垂直位移为主的变形观测，其方法是首先按建筑场地地形、地质条件和对变形观测的精度要求，合理布设变形控制网点(见工程控制测量)。在建筑物附近比较稳固的位置埋设工作基点，直接用以测定建筑物上的观测点的位移，尽可能在变形影响以外的稳固位置埋设基准点（检查点），用以检核工作基点本身的稳固性(见地面沉降和水平位移观测)。工作基点与基准点一般都组成网形，用精密水准测量的方法来施测和检验。高程变化值的测定通常采用精密水准方法，也可用液体静力水准仪、气泡倾斜仪、电子水准器等进行测量。
建筑物上部变形观测 内容主要有：
倾斜观测 测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力作用而产生的垂直偏差。通常在顶部和墙基设置观测点，定期观测其相对位移值，也可直接观测顶部中心点相对于底部中心点的位移值，然后推算建筑物的倾斜度。
位移观测 测定建筑物因受侧向荷载的影响而产生的水平位移量，观测点的建立视工程情况和位移的方向而定。
裂缝观测 测出建筑物因基础有局部不均匀沉降而使墙体出现的裂缝。一般在裂缝两侧设置观测标志，定期观测其位置变化，以取得裂缝的大小和走向等资料。
挠度观测 测定建筑物受力后产生的挠曲程度。一般测定设置在建筑物垂直面内不同高度观测点相对于底点的水平位移值。
摆动和转动观测 测定高层建筑物和高耸构筑物在风振、地震、日照等外力作用下的摆动量和扭曲程度。
上述内容多属于以水平位移为主的变形观测，其方法除在稳定地区建立变形控制网，检验工作基点或基准点的稳固性外，通常使用测角前方交会法、经纬仪投影法、观测水平角法、激光准直法和垂线观测法等，来定期测定观测点的位置变化。对于特定方向的水平位移，还可用视准线法和引张线法进行观测。近年来，开始应用的近景摄影测量方法，对于测定地基基础与建筑物沉降、建筑物倾斜、测求裂缝参数、模型变形状态参数，以及建筑机械构件变形的检验等方面都有一定的效果。近景摄影测量通常使用摄影经纬仪、普通摄影机或高速摄影机，按正直、等偏、交向等摄影方式，可在一定时间段或瞬间连续记录建筑物和试验模型的大量点位变形信息。并使用立体坐标量测仪、电子计算机、精密立体测图仪或解析测图仪，按解析法或模拟解析法，测定观测点随时间所产生的二维或三维相对变形量。所摄得的像片，作为档案资料还可在其他任何时候进行检核量测。
变形观测的数据处理与分析 首先，将观测成果进行初步整理，再以时间或荷载为横坐标，以累计变形量为纵坐标，绘制各种变形过程线，以便初步了解变形的幅度、趋势和建筑物的安全情况。其次，要对观测资料进行归纳和分析。通常采用回归分析的方法，先选择合适的拟合方法，再按最小二乘法与统计检验的原理求得回归方程，从而找出变形的规律性。由此方程即可根据各个自变量来推求所需因变量(即变形值)，以推算、预报今后的变形情况，研究应采取的措施。对于基准点、工作基点和观测点稳固性的检验，在有固定的起算点时，用统计检验的方法，根据定期重复观测的结果，用最小二乘法计算各点的离差矢量,进行F（两个正态母体的方差是否相等）检验，以判断水准点高程的变化是由于水准点的升降还是由于观测的误差所引起。在没有固定的起算点时，采用秩亏自由网平差方法计算各点的位移值，根据定期重复观测成果，判断其稳定性。
随着高大建筑的增多和古建筑的维修，变形观测工作愈来愈受到人们的重视。变形控制网的布设，已在研究应用优化设计的理论和方法；观测方法除了沿用一些行之有效的传统观测仪器和方法外，将逐步应用全能激光测量仪、自动垂直仪、电子测斜仪、位移摄影探索器等光电、电子仪器和摄影测量技术，使测量过程日趋自动化；观测数据的处理，已广泛应用数理统计的方法来检验点位的稳定性，由单一变量统计分析发展到多变量动态的定性定量统计分析，对建筑物的安全将提供更可靠的预测与预报。