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《变形监测和数据处理》复习资料 《变形监测和数据处理》复习资料(2009-07-14 16:30:50)标签：校园 第一章 引论 变形是自然界的普遍现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时空域中的变化。 变形监测，就是利用测量和专用仪器与方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。其任务是确定在各种荷载与外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态与时间特征。 变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建（构）筑物的块体，它包括自然的与人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可将变形监测研究对象划分为这样三类： 1.全球性变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率变化、地潮等； 2.区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等； 3.工程与局部性变形研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡体的滑动、地下开采使引起的地表移动与下沉等。 变形监测的内容，应根据变形体的性质和地基情况来定。 1）工业和民用建筑物：主要包括基础的沉陷观测和建筑物本身的变形观测。就其基础而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉陷和不均匀沉陷。对于建筑物本身来说，则主要是观测倾斜和裂缝。对于高层与高耸建筑物，还应对其动态变形（主要为振动的幅值、频率与扭转）进行观测。对于工业企业、科学试验设施和军事设施中的各种工艺设备、导轨等，其主要观测内容是水平位移与垂直位移。 2）水工建筑物：对于土坝，其观测项目主要为水平位移、垂直位移、渗透以及裂缝观测。对于混凝土坝，以混凝土重力坝为例，由于水压力、外界温度变化、坝体自重等因素的作用， 其主要观测项目主要为垂直位移（从而可以求得基础和坝体的转动）、水平位移（从而可以求得坝体的扭曲）以及伸缩缝的观测，这些内容通常称为外部变形观测。此外，为了了解混凝土坝结构内部的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容通常称为内部观测。 3）地面沉降：对于建立在江河下游冲积层上的城市，由于工业用水需要大量地吸取地下水，而影响地下土层的结构，将使地面发生沉降现象。对于地下采矿地区，由于在地下大量的采掘，也会使地表发生沉降现象。这种沉降现象严重的城市地区，暴雨以后将发生大面积的积水，影响仓库的使用和居民的生活。有时甚至造成地下管线的破坏，危及建筑物的安全。因此，必须定期地进行观测，掌握其沉降和回升的规律，以便采取防护措施。对于这些地区主要应进行地表沉降观测。 变形监测所研究的理论与方法主要涉及到这样三个方面：变形信息的获取；变形信息的分析和解释；以及变形预报。 对于工程建筑物，变形监测的意义重点表现在：确保安全、验证设计、灾害防治。 ? 具有实用上的意义，主要是掌握各种建筑物与地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要信息，及时发现问题，以便采取措施； ? 具有科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论与地壳运动的假说，进行反馈设计，以及建立有效的变形预报模型。 变形监测技术及其发展 变形信息获取方法的选择取决于变形体的特征、变形监测的目的、变形大小与变形速度等因素。 ? 在全球性变形监测方面，空间大地测量是最基本最适用的技术，它主要包括全球定位系统（GPS）、甚长基线射电干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、激光测月技术（LLR）以及卫星重力探测技术（卫星测高、卫星跟踪卫星与卫星重力梯度测量）等技术手段； ? 在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的技术手段。近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术——合成孔径雷达干涉测量（InSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar），在监测地震变形、火山地表移动、冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度已可达厘米或毫米级，表现出很强的技术优势。但精密水准测量依然是高精度高程信息获取的方法。 ? 在工程与局部性变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊与专用的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。 合理设计变形监测方案是变形监测的首要工作，对于监测网设计而言，其主要内容包括：确定监测网的质量标准；选择观测方法；点位的最佳布设与观测方案的最优选择。目前，在变形监测方案和监测系统设计方面，其主要发展是监测方案的综合设计与监测系统的数据管理和综合处理。 GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性与连续性两种模式 u 1）周期性变形监测和传统的变形监测网没有多大区别，因为有的变形体的变形极为缓慢，在局部时间域内可以认为是稳定的，其监测频率可以是几个月，有的长达几年，此时，采用GPS静态相对定位法进行测量，数据处理和分析一般都是事后的。经过十多年的努力，GPS静态相对定位数