岩土工程监测.ppt
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1、岩土工程勘察第八章第八章岩土工程监测岩土工程监测学习要求:学习要求:1.了解岩土工程监测的意义了解岩土工程监测的意义2.掌握监测点的一般布置原则掌握监测点的一般布置原则3.掌握各类监测的目的、要求及其布置掌握各类监测的目的、要求及其布置4.熟悉监测数据的处理和分析方法熟悉监测数据的处理和分析方法第八章第八章岩土工程监测岩土工程监测第第8章章岩土工程监测岩土工程监测8.1概述概述(1)岩土工程监测是采用专门的仪器,监(观)测岩土体)岩土工程监测是采用专门的仪器,监(观)测岩土体或建筑物的某些要素如或建筑物的某些要素如变形、应力、水位变形、应力、水位变形、应力、水位变形、应力、水位等以及相关影响因
2、素等以及相关影响因素如如降雨降雨等等随时间变化的过程和规律随时间变化的过程和规律,据此分析其发展变化趋势,据此分析其发展变化趋势,预测和评价它们对工程建筑和地质环境的影响。预测和评价它们对工程建筑和地质环境的影响。(2)监测必须在查明)监测必须在查明工程地质条件的工程地质条件的基础上进行。基础上进行。(3)岩土体是一个开放、动态变化的复杂系统,监测对于)岩土体是一个开放、动态变化的复杂系统,监测对于设计、信息化施工、施工期安全和工程效果来说是必不可少的,设计、信息化施工、施工期安全和工程效果来说是必不可少的,为保证工程的长期安全,也离不开长期监测。监测可指导设计为保证工程的长期安全,也离不开长
3、期监测。监测可指导设计及变更、施工、验证设计和计算方法、以及工程运行。及变更、施工、验证设计和计算方法、以及工程运行。岩土体受人为的或自然的影响(加固、开挖等)所岩土体受人为的或自然的影响(加固、开挖等)所反应表现的各种信息,是可以量测的,通过对这些信息反应表现的各种信息,是可以量测的,通过对这些信息的分析处理,可以预测岩土体的状态及可能的变化趋势、的分析处理,可以预测岩土体的状态及可能的变化趋势、采取的工程措施。同时通过测到的信息,反估岩土体力采取的工程措施。同时通过测到的信息,反估岩土体力学特征的参数和地应力参数。学特征的参数和地应力参数。反分析法反分析法位移反分析法实际上是对传统的岩石位
4、移反分析法实际上是对传统的岩石力学试验方法的突破。互相关联的监测、反分析、预测力学试验方法的突破。互相关联的监测、反分析、预测对岩土体设计施工具有重要意义。对岩土体设计施工具有重要意义。(4)岩土工程监测根据观测时期分为)岩土工程监测根据观测时期分为定期观测定期观测定期观测定期观测和和不定期观测,不定期观测,不定期观测,不定期观测,定期观测是按固定的时间间隔,不定期定期观测是按固定的时间间隔,不定期观测是为某一专门目的而进行的短期观测。观测是为某一专门目的而进行的短期观测。(5)岩土工程监测根据性质划分为)岩土工程监测根据性质划分为岩土体物理量岩土体物理量岩土体物理量岩土体物理量监测监测监测监
5、测、影响因素监测影响因素监测影响因素监测影响因素监测、物理地质现象观测物理地质现象观测物理地质现象观测物理地质现象观测、建筑物变建筑物变建筑物变建筑物变形、沉降和地下水观测形、沉降和地下水观测形、沉降和地下水观测形、沉降和地下水观测。(6)现场监测指的是在工程勘察、施工以至运营)现场监测指的是在工程勘察、施工以至运营期间,对工程有影响的不良地质现象、岩土体性状和期间,对工程有影响的不良地质现象、岩土体性状和地下水等进行监测,其目的是为了工程的正常施工和地下水等进行监测,其目的是为了工程的正常施工和运营,确保安全。运营,确保安全。监测工作主要包含三方面内容:监测工作主要包含三方面内容:第一、施工
6、和各类荷载作用下岩土反应性状的监测。第一、施工和各类荷载作用下岩土反应性状的监测。例如,土压力观测、岩土体中的应力量测、岩土体变形例如,土压力观测、岩土体中的应力量测、岩土体变形和位移监测、孔隙水压力观测等。和位移监测、孔隙水压力观测等。第二、对施工或运营中结构物的监测。对于像核电第二、对施工或运营中结构物的监测。对于像核电站等特别重大的结构物,则在整个运营期间都要进行监站等特别重大的结构物,则在整个运营期间都要进行监测。测。第三、对环境条件的监测。包括对工程地质和水文第三、对环境条件的监测。包括对工程地质和水文地质条件中某些要素的监测,尤其是对工程构成威胁的地质条件中某些要素的监测,尤其是对
7、工程构成威胁的不良地质现象,在勘察期间就应布置监测不良地质现象,在勘察期间就应布置监测(如滑坡、崩如滑坡、崩塌、泥石流、土洞等塌、泥石流、土洞等);除此之外,还有对相邻结构物;除此之外,还有对相邻结构物及工程设施在施工过程中可能发生的变化、施工振动、及工程设施在施工过程中可能发生的变化、施工振动、噪声和污染等的监测。噪声和污染等的监测。8.2监测原则监测原则(1)可靠性原则)可靠性原则仪器的可靠性、监测网、设计、施工的统筹安排。仪器的可靠性、监测网、设计、施工的统筹安排。(2)多层次监测)多层次监测监测对象以位移为主,辅以其它项目;仪器上以多种监测对象以位移为主,辅以其它项目;仪器上以多种仪器
8、配合、补充。测点布置上仪器配合、补充。测点布置上:a.充分利用有利的工程条件充分利用有利的工程条件b.地表、地下测点或三维监测用地表、地下测点或三维监测用c.监测点覆盖面。监测点覆盖面。(3)优先监测关键部位原则)优先监测关键部位原则(4)分期监测原则)分期监测原则前期、施工后期监测前期、施工后期监测(5)方便实用原则)方便实用原则(6)高效原则)高效原则测清及其和信息反馈及时测清及其和信息反馈及时(7)无干扰和少干扰的原则)无干扰和少干扰的原则(8)地质信息重要)地质信息重要(9)经济合理原则)经济合理原则8.3监测技术与仪器监测技术与仪器1.1.收敛计收敛计收敛计收敛计是用来测量地下厂房、
9、坑道、隧道或坑口是用来测量地下厂房、坑道、隧道或坑口对应的墙体间或顶面到地面间距的微小变化,也可以用对应的墙体间或顶面到地面间距的微小变化,也可以用于监测结构与支承物的变形,以及测量不稳定边坡的移于监测结构与支承物的变形,以及测量不稳定边坡的移动性。动性。钢尺收敛计钢尺收敛计数显收敛计数显收敛计2.钻孔伸长量测钻孔伸长量测钻孔位移计,测定深部岩体沿钻孔钻孔位移计,测定深部岩体沿钻孔轴向位移的装置。它由连接件、锚固器、量测头和测轴向位移的装置。它由连接件、锚固器、量测头和测量计等部分组成。测量时,用锚固器将连接件固定在量计等部分组成。测量时,用锚固器将连接件固定在钻孔的一定深度上,在孔口设量测头
10、和测量计,以孔钻孔的一定深度上,在孔口设量测头和测量计,以孔底为基准点,测定各测点与基准点的距离。底为基准点,测定各测点与基准点的距离。3.3.倾斜量测倾斜量测倾斜量测倾斜量测用倾斜仪量测两点之间的相对倾斜量。用倾斜仪量测两点之间的相对倾斜量。倾斜计、倾斜仪、高精度激光倾斜仪。倾斜计、倾斜仪、高精度激光倾斜仪。4.4.裂缝量测裂缝量测裂缝量测裂缝量测用于监测坝体、用于监测坝体、边坡、工程岩体或山体裂缝边坡、工程岩体或山体裂缝的张开、闭合或上下左右的的张开、闭合或上下左右的错动变形错动变形倾斜仪倾斜仪三向测缝计三向测缝计溢流式连通管沉降仪溢流式连通管沉降仪多点伸长计(多点伸长计(6点)点)5.5
11、.光学仪器光学仪器光学仪器光学仪器经纬仪、水准仪、激光测距仪、全站经纬仪、水准仪、激光测距仪、全站仪。仪。6.GPS6.GPS利用卫星进行绝对位置监测,速度快、精利用卫星进行绝对位置监测,速度快、精度高。度高。7.7.孔隙水压力仪孔隙水压力仪孔隙水压力仪孔隙水压力仪 采用孔隙水压力仪,对岩土体孔采用孔隙水压力仪,对岩土体孔隙水压力随时间变化规律的动态观测。隙水压力随时间变化规律的动态观测。8.8.土压力计土压力计土压力计土压力计土压力计(土压力盒)土压力计(土压力盒)GYH1型型双膜土压力计双膜土压力计分离式土压力计分离式土压力计9.9.应力应变计应力应变计应力应变计应力应变计测力计、应变计测
12、力计、应变计应变计应变计测力计测力计测力计测力计8.4岩土体变形监测岩土体变形监测1.岩土体变形监测的意义岩土体变形监测的意义岩土体的变形量是评价岩土体及建筑物稳定状态岩土体的变形量是评价岩土体及建筑物稳定状态或建筑物是否能正常使用最直接的指标,监测结果亦或建筑物是否能正常使用最直接的指标,监测结果亦可用作反演计算的参数或检验计算方法的适宜性。对可用作反演计算的参数或检验计算方法的适宜性。对工程岩土体采取加固措施时也需以变形监测资料作依工程岩土体采取加固措施时也需以变形监测资料作依据。据。由于岩土体的工程性质复杂而多变,勘察时往往由于岩土体的工程性质复杂而多变,勘察时往往难以掌握清楚,以致所作
13、的评价不够确切。对一些重难以掌握清楚,以致所作的评价不够确切。对一些重大工程,尤其是复杂地质条件的工程,进行岩土体和大工程,尤其是复杂地质条件的工程,进行岩土体和建筑物变形监测就十分必要。不仅可及时发现问题,建筑物变形监测就十分必要。不仅可及时发现问题,采取对策和措施,以保证工程的正常施工和使用,而采取对策和措施,以保证工程的正常施工和使用,而且积累有价值的经验资料,对发展岩土力学和提高勘且积累有价值的经验资料,对发展岩土力学和提高勘察工作水平皆有重要意义。察工作水平皆有重要意义。2.岩土体变形监测的内容和方法岩土体变形监测的内容和方法岩土体变形监测内容广泛,主要包括各种不良地质现岩土体变形监
14、测内容广泛,主要包括各种不良地质现象和各类工程(各种地基基础工程、边坡工程和地下工象和各类工程(各种地基基础工程、边坡工程和地下工程)所涉及的岩土体内部的压缩、拉伸及剪切变形和表程)所涉及的岩土体内部的压缩、拉伸及剪切变形和表面位移量的监测。这里着重介绍边坡工程和滑坡以及地面位移量的监测。这里着重介绍边坡工程和滑坡以及地下工程岩土体变形监测的内容和方法。下工程岩土体变形监测的内容和方法。1)边坡工程和滑坡的监测边坡工程和滑坡的监测边坡工程和滑坡监测的目的,一是正确判定其稳定边坡工程和滑坡监测的目的,一是正确判定其稳定状态,预测位移、变形的发展趋势,作出边坡失稳或滑状态,预测位移、变形的发展趋势
15、,作出边坡失稳或滑坡临滑前的预报;二是为整治提供科学依据以及检验整坡临滑前的预报;二是为整治提供科学依据以及检验整治的效果。治的效果。监测内容可分地面位移监测、岩土体内部变形和滑监测内容可分地面位移监测、岩土体内部变形和滑动面位置监测以及地下水观测三项。动面位置监测以及地下水观测三项。a.地表位移监测地表位移监测主要采用经纬仪、水准仪或光电测距仪重复观测主要采用经纬仪、水准仪或光电测距仪重复观测各测点的位移方向和水平、铅直距离,以此来判定地各测点的位移方向和水平、铅直距离,以此来判定地面位移矢量及其随时间变化的情况。面位移矢量及其随时间变化的情况。测点可根据具体条件和要求布置成不同型式的线、测
16、点可根据具体条件和要求布置成不同型式的线、网,一般在条件较复杂和位移较大的部位测点应适当网,一般在条件较复杂和位移较大的部位测点应适当加密。图加密。图1为长江三峡工程库区内新滩滑坡地面位移为长江三峡工程库区内新滩滑坡地面位移观测点平面布置图,测点主要集中布置在地面位移量观测点平面布置图,测点主要集中布置在地面位移量较大的姜家坡一带。较大的姜家坡一带。对于规模较大的滑坡,还可采用航空摄影测量和全对于规模较大的滑坡,还可采用航空摄影测量和全球卫星定位系统来进行监测,也可采用伸缩仪和倾斜球卫星定位系统来进行监测,也可采用伸缩仪和倾斜计等简易方法监测。计等简易方法监测。图图1新新滩滩滑滑坡坡垂垂直直位
17、位移移时时间间关关系系曲曲线线图图2新滩滑坡垂直位移时间关系曲线新滩滑坡垂直位移时间关系曲线监测结果应整理成监测结果应整理成曲线图,并以此来分曲线图,并以此来分析滑坡或工程边坡的析滑坡或工程边坡的稳定性发展趋势,作稳定性发展趋势,作临滑预报。下即为新临滑预报。下即为新滩滑坡铅直位移时滩滑坡铅直位移时间关系曲线,从图间关系曲线,从图2上上可以清晰地看出,该可以清晰地看出,该滑坡从滑坡从1985年年5月开始月开始铅直位移量显著增大,铅直位移量显著增大,到到6月月12日便发生了整日便发生了整体下滑,滑坡方量约体下滑,滑坡方量约3107m3。由于临滑预。由于临滑预报非常成功,避免了报非常成功,避免了人
18、员伤亡的重大事故。人员伤亡的重大事故。日本某滑坡用日本某滑坡用光电测距仪监光电测距仪监测所获得的位测所获得的位移矢量图,可移矢量图,可以看出滑坡的以看出滑坡的位移范围、方位移范围、方向和各部位位向和各部位位移量的大小。移量的大小。铁路线和国道铁路线和国道位于滑坡位移位于滑坡位移区之外,不受区之外,不受该滑坡的影响。该滑坡的影响。图图3光电测距仪测量的位移矢量图光电测距仪测量的位移矢量图李家峡水电站号滑坡的监测坝高155m,库容16.5亿m3,装机200万千瓦初期蓄水后初期蓄水后 号滑坡动态特征号滑坡动态特征距坝距坝300300800800m m水库1996年12月26日下闸蓄水1号滑坡剖面图2
19、号滑坡剖面图水库蓄水后从右岸看水库蓄水后从右岸看号滑坡号滑坡滑坡前沿出现大量拉裂缝岸坡垮塌滑坡后缘出现大量拉裂缝1号滑坡远景1号滑坡拉裂缝1号滑坡前沿拉裂缝1号滑坡后缘拉裂缝蓄水期间蓄水期间蓄水期间蓄水期间号滑坡布置了监测点号滑坡布置了监测点号滑坡布置了监测点号滑坡布置了监测点各点动态各代表性测点位移速率各代表性测点位移速率坡体出现拉裂缝,开裂速率先大,后减缓坡体出现拉裂缝,开裂速率先大,后减缓 号滑坡在水蓄水后有同样的反应号滑坡在水蓄水后有同样的反应 号滑坡各点位移及速率根据位移建立的粘弹塑性方程,对库水位升高位移曲线拟合,基本一致根据位移建立的粘弹塑性方程,对库水位升高位移曲线拟合,基本一
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