現代變形監(jiān)測技術：第四章 變形監(jiān)測數據處理基礎

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現代變形監(jiān)測技術,合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院,土木工程專業(yè),第一章 變形監(jiān)測概述 第二章 垂直位移與水平位移觀測 第三章 變形監(jiān)測新技術與工程實例 第四章 變形監(jiān)測數據處理基礎,本課程主要內容,現代變形監(jiān)測技術,第4章 變形監(jiān)測數據處理,現代變形監(jiān)測技術,§4.1 概述 §4.2 變形觀測數據處理的主要內容 §4.3 觀測基準點穩(wěn)定性分析 §4.4 回歸分析原理 §4.5 變形量的統(tǒng)計規(guī)律及成因分析,§4.1 概述,◆ 變形觀測能否在工程運營管理中，起到指導工程安全使用和充分發(fā)揮工程效益的作用，除了現場觀測取得第一手資料外，還必須進行觀測資料的整理、分析。 ◆ 變形監(jiān)測技術資料整理、分析，主要包括以下幾方面的內容：,一、變形監(jiān)測技術資料的編制二、觀測資料的整理和整編三、變形監(jiān)測資料的分析,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,§4.1 概述,變形監(jiān)測技術資料主要包括：1．變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）；2．變形監(jiān)測工作技術總結；3．變形觀測數據、計算、分析等成果的編制與匯總。,監(jiān)測方案是指導監(jiān)測工作具體實施的主要技術文件，應在項目開始前，認真研究工程規(guī)模和重點、技術關鍵和難點、工作環(huán)境與條件，并盡可能多地收集現有技術資料，在此基礎上進行編制。,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）1．變形監(jiān)測監(jiān)測方案編制原則 （1）監(jiān)測方案應以安全監(jiān)測為目的，根據不同的工程性質和施工方法，確定監(jiān)測對象；針對監(jiān)測對象安全穩(wěn)定的主要指標進行方案設計。 （2）根據監(jiān)測對象的重要性確定監(jiān)測規(guī)模和具體內容。 （3）在條件允許的前提下應盡可能采用先進的監(jiān)測技術，確保監(jiān)測效率和精度；為增強成果的可靠性，可根據需要采用多種方法，相互比較與驗證。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,§4.1 概述,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）1．變形監(jiān)測監(jiān)測方案編制原則 （4）監(jiān)測方案在滿足監(jiān)測性能和精度的前提下，應考慮臨時監(jiān)測項目和永久監(jiān)測項目之間的銜接，應力求減少監(jiān)測成本，提高監(jiān)測工作的效益。 （5）在滿足工程安全的前提下，監(jiān)測點位布設和監(jiān)測周期的確定應盡量與工程現場條件和施工進度協調一致，減少交叉影響。 （6）監(jiān)測方案的編制應按照國家現行的有關規(guī)定、規(guī)范和標準執(zhí)行。,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）1．變形監(jiān)測監(jiān)測方案編制原則 2．監(jiān)測項目的確定監(jiān)測具體項目的選擇與確定，應考慮如下因素： （1）工程地質條件與水文地質條件； （2）工程規(guī)模與技術難點，包括：工程結構設計形式、地基基礎深度、施工工藝與方法，以及工程進度； （3）工程施工的氣象條件與周邊的環(huán)境，包括與周圍地面和地下建筑物、構筑物的相對關系等。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）3．監(jiān)測方案編制的步驟 （1）收集監(jiān)測工作所需的基礎技術資料； （2）現場踏勘，了解掌握周圍環(huán)境； （3）編制監(jiān)測方案初稿； （4）會同有關部門（包括甲方、施工方、監(jiān)理方等）確定各類監(jiān)測項目和數據的控制基準； （5）監(jiān)測方案上報審查、修改完善、報批執(zhí)行。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）4．編制監(jiān)測方案的基礎資料 （1）有關圖紙資料：地形圖、工程設計圖等； （2）地質水文勘查報告； （3）工程施工技術方案和施工組織設計資料； （4）最新監(jiān)測儀器信息以及類似工程的經驗資料等； （5）國家現行的有關規(guī)定、標準規(guī)范和項目合同等。,§4.1 概述,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制）5．監(jiān)測方案的主要內容 （1）工程概況； （2）監(jiān)測工作的目的與意義； （3）監(jiān)測工作執(zhí)行的技術標準； （4）監(jiān)測的具體項目與測量點位的布設（包括圖件） （5）各監(jiān)測項目的觀測周期與頻率； （6）監(jiān)測儀器設備、精度，以及具體觀測方法； （7）監(jiān)測人員的配置、分工與工作職責； （8）監(jiān)測資料的整理、數據處理與變形分析方法； （9）監(jiān)測工作進度、工期、上報的對象與時限； （10）項目管理與質量控制制度、注意事項及建議等。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測技術資料的編制,（一）變形監(jiān)測技術方案設計（監(jiān)測方案編制） （二）變形監(jiān)測工作技術總結除上述監(jiān)測方案的主要內容外，應對具體變形監(jiān)測的數據進行處理，并評定其精度；分析成果可靠性，并對建筑物的安全進行評估預測。在技術總結中，還應包括在監(jiān)測工作中出現的問題和解決的措施、質量檢查和監(jiān)督部門對監(jiān)測成果的檢查驗收報告等。 （三）變形觀測數據、計算、分析等成果的編制與匯總。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測技術資料的編制 二、觀測資料的整理和整編,主要工作是對現場觀測所取得的資料加以整理、編制成圖和說明，使他們成為可供使用的成果。其具體內容應包括：,1. 校核各項原始記錄，檢查各觀測周期變形觀測值的計算是否有錯誤；2. 對各種變形值按時間逐點填寫觀測數值表、存檔或建立數據庫;3.繪制各種變形過程線，建筑物（或基礎）變形分布圖。,§4.1 概述,變形觀測資料整編工作的主要內容是將變形觀測值繪制成各種便于分析的圖表，包括：,（一）觀測點變形過程線某觀測點的變形過程線是以時間為橫坐標，以累計變形值（位移、沉陷、傾斜、撓度等）為縱坐標繪制成的曲線。觀測點變形過程線可直觀地反映出變形的趨勢、規(guī)律和幅度，對于初步判斷建筑物的工作情況是否正常是非常有用的。,§12.1 概述,二、觀測資料的整理和整編,觀測點沉降量計算表(單位:厘米),觀測點變形過程曲線圖,（一）觀測點變形過程線,（二）建筑物變形分布圖常用的變形分布圖有： 1．變形值剖面分布圖這種圖是根據某一剖面上各觀測點的變形值繪制而成的。分水平剖面圖和豎直剖面圖，能更直觀的反映同一水平上的位移、沉降和撓曲的情況。 2．建筑物（或基礎）沉降等值線圖為了了解建筑物或基礎的沉降情況，需繪制沉降等值線圖，以及建筑物周邊地面的等降曲線圖。,二、觀測資料的整理和整編,§4.1 概述,變形觀測點布置及沉降曲線圖,注：圖中括號前數字是觀測點編號；括號內數字是沉降量（單位：mm）,三、變形監(jiān)測資料的分析,該階段是分析歸納建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度、分析變形的原因，變形值與引起變形因素之間的關系，最好能找出它們之間的函數關系表達式，進而判斷建筑物的工作情況是否正常。在積累大量觀測數據后，就可以進一步找出建筑物變形的內在原因和規(guī)律，從而修正設計的理論以及所采用的各類經驗公式等。,一、變形監(jiān)測技術資料的編制 二、觀測資料的整理和整編,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測資料的分析具體內容包括：,１．成因分析（定性分析）：成因分析是對結構本身(內因)與作用在結構物上的荷載（外因），加以分析、研究，確定變形值變化的原因和規(guī)律性。,一、變形監(jiān)測技術資料的編制 二、觀測資料的整理和整編,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測資料的分析具體內容包括：１．成因分析（定性分析）,２．統(tǒng)計分析 (定量分析)：根據成因分析的結果和其他相關影響，對實測數據進行統(tǒng)計分析，剔除粗差和系統(tǒng)誤差的影響，找出分布規(guī)律，從而導出變形值與引起變形的有關因素之間的函數關系。,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測資料的分析具體內容包括：１．成因分析（定性分析）２．統(tǒng)計分析（定量分析),３．變形預報和安全判斷：在變形分析的基礎上，根據求得的變形值與引起變形因素之間的函數關系，預報未來變形值的范圍、判斷建筑物的安全程度。,§4.1 概述,§4.2 變形觀測數據處理的主要內容,一．變形觀測數據處理基礎1. 測量平差的相關知識 （測量誤差理論）:(1)變形控制網優(yōu)化設計（最高精度、最小成本）；(2)具有固定基準的經典測量平差(最小二乘法)；(3)缺乏起算數據的秩虧自由網平差（廣義逆矩陣）。,2.數學和數理統(tǒng)計的有關理論:(1)隨機變量及其概率分布；(2)假設檢驗原理與方法（穩(wěn)定性檢驗等）；(3)隨機過程及其特征；(4)模糊數學。,一．變形觀測數據處理基礎,二．變形觀測數據預處理1. 檢查、計算各項觀測數據是否滿足《規(guī)范》要求；2.基準點(或工作基點)穩(wěn)定性檢驗;,3.回歸分析;4. 系統(tǒng)誤差判別和檢查;5. 數據篩選與粗差探測;(1)擬合、推估、配置、濾波（平滑）；(2)頻譜分析法（等時動態(tài)）；(3)小波分析法（非平穩(wěn)、不等時）。,§4.2 變形觀測數據處理的主要內容,一．變形觀測數據處理基礎 二．變形觀測數據預處理,三．變形分析、預報建模理論與方法1. 曲線擬合與多元回歸分析法（靜態(tài)）；2. 時間序列分析模型(自相關、動態(tài)模型ARMA);3. Kalman濾波模型(60年代，實時、動態(tài)、遞推);3. 頻譜分析模型(等時動態(tài));4. 灰色系統(tǒng)分析模型(華中理工大學鄧聚龍82年);5. 人工神經網絡分析模型(80年代，非線性、動態(tài))；6. 遺傳算法分析模型。,§4.2 變形觀測數據處理的主要內容,1．變形監(jiān)測技術資料主要包括哪些內容？ 2．變形監(jiān)測方案編制的步驟和主要內容。 3．簡述建筑物變形觀測資料整理和整編的主要內容和步驟。 4．簡述建筑物變形觀測資料分析的主要目的和主要內容。 5．定性分析？統(tǒng)計分析？ 6. 分析說明不同工程（如高層建筑、橋梁、大壩、地鐵等）施工期間安全監(jiān)測的主要內容、方法，以及主要數據處理成果。,第四章 重點內容與思考題,現代變形監(jiān)測技術,感謝聆聽！,