1、江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 1江西理工大学 2017 届毕业设计论文题目： 变形观测的设计与数据处理 学生姓名： 专 业： 土木工程 学 号： 指导老师： 年 月 日江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 2江西理工大学继续教育学院毕业设计（论文）成绩评定表 指导教师评语：指导教师：年 月 日答辩小组评语及答辩成绩：答辩组长：年 月 日江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 3目 录摘 要 .4第一章 绪 论 .5第二章 变形观测理论与技术进展综述 .62.1 变形观测的定义、目的与特点 .62.1.1 变形观测的定义 .62.1.2 变形观测的目的 .62.1.3 变形观测
2、的特点 .62.2 变形观测的技术发展 .72.2.1 常规的大地测量技术与特殊测量手段 .72.2.2 摄影测量技术 .72.2.3 GPS 测量技术 .72.3 变形观测的分类 .82.4 变形观测的主要内容 .8第三章 变形观测实例设计 .103.1 工程概况 .103.1.1 建筑形式与建筑结构 .103.1.2 吕梁市高级中学餐厅沉陷问题 .113.2 吕梁市高级中学沉降观测基本方案设计 .113.2.1 观测目的与观测内容 .113.2.2 观测必须的资料及分析 .123.3 测量执行的技术标准、精度要求与使用的仪器 .123.3.1 测量执行的技术标准 .123.3.2 精度要求
3、 .123.4 仪器准备 .153.4.1 所用仪器 .153.5 控制网设计 .163.5.1 水准点的设置 .163.5.2 水准点的埋设 .173.6 观测点设定要求及点位设计 .173.6.1 观测点设定要求 .173.6.2 观测点点位设计 .183.7 观测数据的记录与计算 .183.7.1 观测记录 .183.7.2 数据计算 .20第四章 吕梁市高级中学沉降观测数据处理方案设计 .214.1 处理流程设计 .214.2 处理方法和软件 .21结 束 语 .23参考文献 .24致 谢 .25江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 4摘 要本文对变形观测目前的主要应用技术与方法进
4、行了概述，对变形监测各项技术的未来发展趋势进行了一定论述。经过对吕梁市高级中学餐厅出现的墙体裂缝、餐厅漏水等问题的实际考察后，设计出了餐厅的沉降观测及数据处理的具体方案，并对首期观测数据进行了分析处理，对餐厅的后期观测和问题的治理给出了一定建议。本设计主要针对吕梁市高级中学餐厅的实际设计出了具体的变形监测方案，其主要内容包括：餐厅变形监测的内容；监测的方法、使用的仪器和监测的精度；水准基点的埋设和沉降观测点的布置；监测的周期；数据的处理方法和变形的分析方法等。并对首期观测数据进行了几何分析，绘制出了观测点的沉降曲线。该设计是针对吕梁市高级中学餐厅具体问题制定的，他对餐厅所出现问题的处理有建设性
5、指导意义，对餐厅的正常运营作用巨大。关键词：变形观测 水基准点 沉降观测点 沉降曲线江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 5第一章 绪 论变形观测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。 变形观测的内容，应根据变形体的性质和地基情况决定。对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物(如大坝
6、)内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。 变形观测的首要目的是要掌握水工建筑物的实际性状，科学、准确、及时的分析和预报水利工程建筑物的变形状况，对水利工程建筑物的施工和运营管理极为重要。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。 江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 6第二章 变形观测理论与技术进展综述2.1 变形观测的定义、目的与特点2.1.1 变形观测的定义
7、变形观测是指对特定的建（构）筑物在其荷载情况下，在其外部周围（不受影响）布设观测网作为基准点，在观测建（构）筑物上布设观测点，定期地测量观测点相对基准点的变化量，对其定期观测的数值进行比较，了解观测物的变形随时间的发展情况，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。内容主要包括沉降、倾斜、位移、挠曲、风振等变形观测项目。2.1.2 变形观测的目的从宇宙中的星球到我们生活的地球及其地区、城市，甚至一个具体的建筑物以至物体的构件都存在着变形。变形总是存在的，但变形超过一定的限度会给我们的生命和财产带来危险。一个工程从施工开始到竣工，以及
8、建成运营后很长一段时间，高楼（沉降）、大坝（位移）、高烟囱（倾斜）等变形是不可避免的，因而，变形观测的一个重要目的在于检查各种工程建筑物和地质构造的稳定性，对变形进行几何分析，掌握规律，预测预报变形，达到工程安全运行的目的。变形观测的另一个重要的目的是科学研究，对变形进行解释，验证工程建筑物的设计理论及地壳运动的假说和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，改进工程建筑物设计，建立正确的变形预报的理论与方法。2.1.3 变形观测的特点1精度要求高。与其他测量工作相比，变形观测要求的精度高。用于实用的目的，一般要求精度达到1mm。在对建筑物变形观测中，为了准确地反映出建筑物的变形
9、情况，测量的误差应小于变形量的1/101/20。2重复观测。变形观测网必须相隔一定时间进行重复观测，只有重复观测，才能从观测点坐标或高程的变化中发现变形。3严密地进行数据处理。有许多变形体的变形都较小，有时与测量误差有相同的数量级，故要对变形数据进行严格的平差，运用一些办法从含有观测误差的观测值中分离出变形信息。4与多学科相联系。变形观测工作不仅需要测量知识，还需要与土木工程和动力学工程等学科知识。5责任重大。由于变形量都是微小变化，它要求一丝不苟的认真工作，从带有误差的观测值中找出变形观测的规律，及时预报危害变形，使人们避免灾害，保证人们的生命和财产安全，因而变形观测责任重大。江西理工大学继
10、续教育学院毕业论文(设计) 72.2 变形观测的技术发展伴随着时代的发展，变形观测的技术从常规的大地测量技术到现代的新科学技术方法，在不断更新进步。目前，变形观测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS技术。2.2.1 常规的大地测量技术与特殊测量手段常规的大地测量技术是应用水准测量的方法，通过测定高程、角度和边长或坐标来测定变形的技术。监测主要是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其主要观测内容包括精密高程测量、精密角度测量、精密距离测量等。其优点主要表现在能够提供变形体整体的变形状态；灵活性大，能适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体
11、和不同的外界条件；观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度的评定，可以提供绝对变形信息。其缺点主要表现在观测时间长，外业工作量大, 布点受地形条件影响大,不易实现连续监测和自动化监测；在有些地方由于受到地形和外界条件等限制, 其工作效率和精度往往受到很大的影响。特殊测量手段也称传感器与激光技术测量，包括应变测量、准直测量和倾斜测量。它具有测量过程简单，可监测变形体内部的变形，容易实现自动化和连续监测等优点。但是，通常只能提供局部的和相对的变形信息。2.2.2 摄影测量技术摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。与其它变形监测技术相比较,摄影测量的优势体现在可在瞬间精确记录
12、下被摄物体的信息及点位关系；可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；像片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析；监测工作简便、快速、安全等。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量在建筑物及滑坡等变形监测中的成功应用,为摄影测量在变形监测中的应用开拓了更加广泛的前景。但由于摄影距离不能过远,且大多数的测绘部门不具备摄影测量所需的仪器设备,因而摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。2.2.3 GPS 测量技术全球定位系统的应用给测量技术带来一场深刻的革命。由于GPS测量具有测站间无需通视、高效、高精度、快速、全天候、可实现无人值守、能同时测定点的三维位移等优点，所以在
13、近年来GPS技术在变形监测中已获得越来越广泛的应用。如用于大地形变监测与地震预报、大坝变形监测、地表沉降观测、山体滑坡变形监测、高层建筑物形变监测等。利用GPS 技术, 可实现数据采集、数江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 8据处理以及变形分析的自动化。目前,采用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量,平差后控制点的平面位置精度为1mm2mm ,高程精度为2mm3mm 。据相关资料介绍,国外从20世纪80年代开始用GPS进行变形监测。自90年代以来,世界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS监测网,为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。例如,日本国土地理院从1993年开始了GPS连续观测
14、网的筹建工作,到94 年日本列岛已建立由210个GPS 连续观测站组成的连续监测系统(COSMOS) ,目前的观测站总数已发展到1000多个。该系统于1994 年10月1日正式起用,10月4日就监测到北海道东部近海8.1级大地震,并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后,又成功地捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995 年1月17日16时35 分,在日本阪神7.2 级大地震后,该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大的作用。2.3 变形观测的分类变形观测从观测类别可分为：建（构）筑物地基和基础变形观测和建（构）筑物变形观测。1 建（构）筑物地基和基础变形观测：
15、 基坑回弹测量 地基分层沉降测量 建筑物的沉降测量2 建筑物上部变形观测有： 沉降观测 位移观测 裂缝观测 挠度观测 倾斜观测 振动观测沉降观测 、位移观测 、裂缝观测、挠度观测、倾斜观测、振动观测等，其都与建（构）筑物的安全性、不稳定程度有关。除了以上观测种类外，对于滑体我们还要进行滑坡观测等。为了我们的生命和财产安全，我们必须对周围变形体的变形做出正确的判断。2.4 变形观测的主要内容建筑物变形观测主要内容包括以下几点：1基准点设置：为了在变形观测中测定绝对位移，选择不变动的基准点是很重要的。2. 沉降观测：沉降观测是指测定建筑物或其基础的高程随时间变化的工作。3位移观测：位移观测是测定建
16、筑物上某些点的平面位置随时间变化的工作。4裂缝观测：裂缝观测是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。5挠度观测：挠度观测是测定建筑物受力后挠曲程度的工作。6倾斜观测：倾斜观测是测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力不均匀而产生垂直偏差。江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 97振动观测：振动观测是对于高层建筑物和机械设备往返摆动情况的观测工作。 8资料整理和分析：变形观测资料的整理，通常是将各种变形值编绘成各种图表，如变形值过程线和建筑物变形分布图等。 此外，还有对滑坡进行的滑坡观测等等一些观测，不同的观测对象和变形观测目的，变形观测的内容不相同。但是不同的观测体，其变形观
17、测的主要的内容是基本一样的。江西理工大学继续教育学院毕业论文(设计) 10第三章 变形观测实例设计3.1 工程概况吕梁市高级中学用地于 2009 年规划后开始实施征地等手续办理工作。工程项目为高中、初中、小学和幼儿教育及教师住宅区为一体的教学园区本工程用地。用地有山沟、深渠、坟墓等，土质为良好的种植土种。2010 年 5 月建设单位即“山西大土河焦化责任有限公司”组织的车队回填深沟挖掘高山头，回填压实系数为 0.98，吕梁市高级中学餐厅位于吕梁市离石区凤山顶，70%在山头开挖区，挖深为 38m-45m 左右，其中 30%座落在 U 形水渠回填土上。餐厅为条形基础，开间为 7500mm7500m
18、m,基础上有下水地沟深 1400mm，基础回填深度为 1400mm，一层、二层、三层地面上全有明暗排水设施。建设单位在餐厅室外，平均三天都有 18T 压道机 8-15 台震荡压实。由于该新建工程计划在 2012 年 9月 15 日要赶上中考生招生入学后就餐使用，因此在 2010 年由建设单位筹建办对施工单位提出了工期的要求。工程正式开工为 2011 年 5 月 1 日， 8 月竣工，2012 年 9 月 15 日正式投入使用。3.1.1 建筑形式与建筑结构吕梁市高级中学餐厅占地面积为 10568m2,总建筑面积 15357.62m2,建筑基底面积为 5385.25m2,容积率为 1.45。建筑
19、层数为三层，建筑最高处为 18.3m，消防设计计算高度为 15.44m。一层、二层均为 4.800m，三层为 5.100m，建筑结构形式为框架结构，建筑结构抗震设防烈度为 6 度。建筑物设计标高0.000为绝对标高 1070.600m，砌体施工质量控制要求达到 B 级，建筑结构类别丙类，地基基础设计等级丙级，场地地震烈度为 6 度,抗震设防烈度 6 度，设计地震分组第三组,建筑物场地类别为类.使用年限为 50 年。自然条件：基本风压 Wo=0.5kn/m2,地面粗糙类别为 B 类，基本雪压So=0.3kn/m2。地类型：勘察未见地下水，场地土类型属于类土。地势地坦，无液化和震陷，地基有 1/3 区域为原沟渠回填区，工程采用钢筋砼独立基础，地基承载力特征值为 160Kpa。建筑荷载：加工间、库房 4.0KN/m2，水箱间 120 KN/m2，电样间为 7 KN/m2，其余 2.5 KN/m2。主要材料:砼环境类别,室外正常环境一类，室内潮湿环境二 a 类，室外及与土壤直接接触环境二 b 类。框架0.000 以下用 MU10 实心砖 M7.5 水泥砂浆, 0.000 以上用 MU7.5 水泥焦渣空心砖 M7.5 混合砂浆,砼垫层 C10 梁板柱均为 C30。
