地下工程监测与检测技术.pptx

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,地下工程监测与检测技术,第一章绪论,课程介绍,地下工程是修建在具有原岩应力场、由岩土和各种结构面组合的天然岩土体中的建（构）筑物，通常包括地铁、隧道、地下停车场、地下商场、水电工程中的地下厂房等,靠围岩和支护的共同作用保持稳定。

由于围岩中存在着节理、裂隙、应力和地下水，地质结构体系极其复杂，且具有不确定性，因此地下工程的建设比地面工程复杂得多。

地下工程监测与检测在施工过程中进行动态监测和检测，实施信息化施工，提供反馈信息，从而指导施工、修改设计，以确保工程安全。

监测与检测已经成为继勘察、设计、施工、监理之后的又一个产业。

第一节地下工程监测和检测的必要性,地下工程是建筑工程中的重要组成部分。

它以岩土地基、边坡、,围岩三种主要形式与结构物组成各种形式的建筑物整体；被称为“隐蔽工程”和“灰色工程”。

地下工程赋存环境的复杂性决定了其工程建设的风险性；风险的解决过程是设计、施工和监测检测相互配合协调的过程；在施工、运行过程中，监测岩土工程的实际状况及稳定性，将为保证工程安全提供科学依据，监测信息将为修改设计、指导施工提供可靠资料；,MalpassetDam,法国马尔巴塞双曲拱坝，高66.5m，坝底厚6.91m，坝顶厚1.5m，坝顶长222.66m。

1954年建成。

1959年12月2日溃坝。

短短45分钟，使坝下游8km处的一兵营500名士兵几乎全部丧生，距坝10km的一城镇变成废墟，直接经济损失6800万美元。

1978年夏，香港半山区一座27层大楼，因边坡滑动，整座大楼滑塌到山脚，沿途切断一座大楼和一些房屋，造成人员和财产的巨大损失。

香港半山区滑坡,某地铁坍塌事故,年月日下午时分，正在施工的某地铁站北基坑现场发生大面积坍塌事故，造成人死亡，人受伤，直接经济损失万元。

坍塌后供水管线断裂情况,坍塌后供水管线断裂情况,坍塌后供水管线断裂情况,坍塌后供水管线断裂情况,坍塌后供水管线断裂情况,北京地铁10号线坍塌，广州地铁3号线事故，1死3伤。

2007年2月5日，南京地铁。

南京市汉中路煤气爆燃，路面塌陷源于老化水管爆裂，金鹏大厦。

直径450毫米污水管和直径600毫米老化上水管渗漏水浸泡软化，产生地层不均匀沉降变形，日积月累陈旧供水管爆裂，有压水冲入已建成的隧道内，造成塌陷。

2007年05月28日早晨八时左右，位于南京市水西门大街和纪念馆东路交叉口的地铁二号线茶亭站西基坑东端土体发生滑坡。

当时，地铁施工现场正在组织对前几天大雨造成的基坑土体松散进行加固作业，作业人员包括木工班和防水班共十三人。

滑坡事故发生后，经过清点人员发现有两人失踪。

事故现场滑坡土方约五百立方米，同时，滑坡土体还造成两根钢支撑移位。

某地铁坍塌事故,2003年，某地铁区间隧道联络通道发生渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降，周边8层楼房发生倾斜，其主楼裙房部分倒塌。

倒塌楼房以东至江边之间的地面也发生大幅沉降，江防汛墙断裂。

直接经济损失多达5000多万。

发生塌陷的海珠城广场工程早在2001年就已奠基，但由于资金问题，施工断断续续，时建时停，工地的基坑就已经开挖了2年多的时间。

在事故中受损的海运局宿舍居民告诉记者，早在去年11月他们就发现房屋的地面开裂。

这次坍塌事故共造成5人被土掩埋，其中2人死亡、3人获救，另外还引起起附近一幢9层宾馆大面积坍塌，一幢8层居民楼出现倾斜、部分墙面开裂。

从施工纪要和现场监测结果分析，在基坑滑坡前已有明显预兆，但没有引起应有的重视，更没有采取有针对性的处理措施，是导致事故原因之一。

某广场挡土墙塌陷,2005年7月，某建筑工地基坑挡土墙突然发生坍塌，邻近的宾馆和一幢8层居民楼发生倾斜，宾馆一面客房的墙体全部坍塌。

1.地下工程监测检测的必要性,保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。

服务于工程建设的全过程。

使工程师对建（构）筑物与岩土共同作用的性状及施工和建（构）筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善；运用长期积累的观测资料掌握变化规律，对建筑物的未来性态作出及时有效的预测；为未来设计提供了大量定量信息，为更新设计理论、改进施工方法及对破坏机理研究等提供宝贵的参考资料。

为法律仲裁提供依据。

基本知识,基本手段,必须掌握,2.地下工程监测和检测中存在的主要问题,部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差；工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用；缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程序、评估方法以及控制标准进行研究；在我国部分城市地下工程施工中，引入了第三方监测，对促进监测技术健康发展具有一定的积极意义，但还要进一步规范。

监测与检测技术基础知识基坑工程监测地下隧洞工程监测地下工程中的声波测试技术雷达测试技术地质超前预报技术监测的信息反馈技术测量误差分析及数据处理等内容,第二节教学内容和基本要求,1.教学基本内容,2.地下工程监测和检测中存在的主要问题,部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计，有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差；工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用；缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程序、评估方法以及控制标准进行研究；在我国部分城市地下工程施工中，引入了第三方监测，对促进监测技术健康发展具有一定的积极意义，但还要进一步规范。

第三节地下工程监测和检测技术的发展与现状,1.发展现状认识阶段-20世纪50年代大坝和上部结构的事故多由地基失稳引起的，边坡工程、地下工程的事故由岩土体失稳所致。

发展阶段-20世纪70年代逐步加深仪器的选型、布置、埋设技术、观测方法、观测资料的整理与分析等方面的研究。

规范阶段-20世纪80年代逐步实现了仪器安装埋设与观测的标准化、程序化和质量控制措施，编制了一些监测规程、指南和手册。

全方位发展阶段-20世纪90年代以来新的监测手段和设备出现，自动化、智能化的监测系统、数据处理系统、资料分析系统、预报预警系统的出现，可靠性设计理论与方法的广泛应用，使得监测技术向着标准化、自动化和智能化的方向发展。

光纤监测技术三维激光扫描技术非量测相机的近景摄影测量技术无线传感网络技术,2.发展方向,利用高性能智能传感组件、无线传输网络和信号采集系统，采用多参量、多传感组件，数据智能处理与数据动态管理方法，进行实时监测、安全预警和可靠性预测。

本课程的特点总结,应用型、实践型、发展型地下工程监测与检测技术是一门综合性的新兴工程应用技术，涉及到地质、力学、设计、施工、仪器、监测技术和理论分析等知识领域。

目前还处于发展阶段，还有大量的技术难题有待于探讨、研究和解决。

是十分艰苦和繁重的技术岗位。

地下工程监测与检测技术,第二章测试技术基础知识及传感器的原理,测试系统的组成测试系统的主要性能指标测试系统的静动态传递特性测试系统的选定原则传感器的一般原理常用传感器电阻应变片量测原理和技术传感器的选择和标定,内容提要,测试技术基础知识,传感器基础知识,测试测试是以确定量值为目的的一系列操作；由测试所获得的被测的量值叫测试结果。

被测对象,传感器量测,测试信息,被测试的量值,变化、传输、处理,测试过程,第一节测试技术基础知识,一.测试系统的组成,1.荷载系统,荷载系统是使被测对象处于一定的受力状态下，使与被测对象（试件）有关的力学量之间的联系充分显露出来，以便进行有效测量的一种专门系统。

地下工程试验采用的荷载系统除液压式外，还有重力式、杠杆式、液压式、弹簧式和气压式等。

2.测量系统,测量系统由传感器、中间变换和测量电路组成，它把被测量（如力、位移等）通过传感器变成电信号，经过后接仪器的变换、放大、运算，变成易于处理和记录的信号。

传感器是整个测试系统中采集信息首要的关键环节，它的作用是将被测非电量转换成便于放大、记录的电量。

传感器,各种线缆,感受部分,处理部分,显示部分,传输部分,信号处理器、变换器,输出设备,测头测斜管,电缆,测度仪,信号处理系统信号处理系统是将测量系统的输出信号进一步进行处理以排除干扰。

计算机中需设计智能滤波等软件，以排除测量系统中的噪声干扰和偶然波动，提高所获得信号的置信度。

对模拟电路，要用专门的仪器或电路（如滤波器等）来达到这目的。

显示和记录系统显示和记录系统是测试系统的输出环节，是将对被测对象所测得的有用信号及其变化过程显示或记录（或存储）下来。

数据显示可以用各种表盘、电子示波器和显示屏来实现，而数据记录则可采用函数记录仪、光线示波器等设备来实现。

二.测试系统的主要性能指标1.测试系统的精度和误差测试系统的精度是指测试系统给出的指示值和被测量的真值的接近程度。

精度与误差是同一概念的两种不同表示方法。

测试系统的精度越高，其误差越低，反之精度越低，则误差越大。

绝对误差相对误差,引用误差,2.稳定性仪器示值的稳定性有两种指标。

一是时间上的稳定性，以稳定度表示；二是仪器外部环境和工作条件变化所引起的示值不稳定性，以各种影响系数表示。

稳定性是由于仪器中随机性变动、周期性变动、漂移等引起的示值变化，一般用精密度的数值和时间长短同时表示。

测量范围（量程）系统在正常工作时所能测量的最大量值范围，称为测量范围，或称量程。

在动态测量时，还需同时考虑仪器的工作频率范围。

分辨率分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值，也叫灵敏阈。

一般来说，分辨率的数值愈小愈好。

传递特性传递特性是表示测量系统输入与输出对应关系的性能。

测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。

描述测试系统静态测量时输入输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的静态传递特性。

描述测试系统动态测量时的输入输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。

作为静态测量的系统，可以不考虑动态传递特性，而作为动态测量的系统，则既要考虑动态传递特性，又要考虑静态传递特性。

三.测试系统的静动态传递特性,测试系统的静态传递特性1）静态方程和标定曲线当测试系统处于静态测量时，输入量x和输出量y不随时间而变化，将变成代数方程：

系统的静态传递特性方程，斜率S（也称标定因子）是常数。

表示静态（或动态）方程的图形称为测试系统的标定曲线（又称特性曲线，率定曲线，定度曲线）。

标定曲线的种类,求取静态标定曲线，通常以标准量作为输入信号并测出对应的输出，将输入与输出数据描在坐标纸上的相应点上，再用统计法求出一条输入输出曲线。

标准量的精度应较被标定系统的精度高一个数量级。

线性度灵敏度分辨率，检测到的最小输入增量分辨力量测上下限测量范围和量程迟滞多次量测下，输入输出曲线的不一致性重复性零漂和温漂零漂，传感器无输入或输入另一值时，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）测试系统的主要静态特性参数,A量程的仪器测量上限；最小二乘拟合直线作为参考理想直线。

线性度（直线度）标定曲线与理想直线的接近程度：

note：

基准直线不同，线性度不同。

对测试系统输入一个变化量x，就会相应地输出另一个变化量y，则测试系统的灵敏度为：

灵敏度,回程误差是滞后现象和系统的不工作区引起的。

如机械摩擦和间隙,迟滞（回程误差）,在相同测试条件下和全量程范围内，当输入由小增大和由大减小的行程中，同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值hmax与A的比值的百分率。

测试系统的动态传递特性,当系统的输入量与输出量随时间而变化时