現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù)：第四章 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)

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現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù),合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,土木工程專業(yè),第一章 變形監(jiān)測(cè)概述 第二章 垂直位移與水平位移觀測(cè) 第三章 變形監(jiān)測(cè)新技術(shù)與工程實(shí)例 第四章 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ),本課程主要內(nèi)容,現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù),第4章 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理,現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù),§4.1 概述 §4.2 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容 §4.3 觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析 §4.4 回歸分析原理 §4.5 變形量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及成因分析,§4.1 概述,◆ 變形觀測(cè)能否在工程運(yùn)營(yíng)管理中，起到指導(dǎo)工程安全使用和充分發(fā)揮工程效益的作用，除了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)取得第一手資料外，還必須進(jìn)行觀測(cè)資料的整理、分析。 ◆ 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料整理、分析，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制二、觀測(cè)資料的整理和整編三、變形監(jiān)測(cè)資料的分析,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,§4.1 概述,變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料主要包括：1．變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）；2．變形監(jiān)測(cè)工作技術(shù)總結(jié)；3．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)、計(jì)算、分析等成果的編制與匯總。,監(jiān)測(cè)方案是指導(dǎo)監(jiān)測(cè)工作具體實(shí)施的主要技術(shù)文件，應(yīng)在項(xiàng)目開(kāi)始前，認(rèn)真研究工程規(guī)模和重點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)、工作環(huán)境與條件，并盡可能多地收集現(xiàn)有技術(shù)資料，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行編制。,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）1．變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)方案編制原則 （1）監(jiān)測(cè)方案應(yīng)以安全監(jiān)測(cè)為目的，根據(jù)不同的工程性質(zhì)和施工方法，確定監(jiān)測(cè)對(duì)象；針對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象安全穩(wěn)定的主要指標(biāo)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 （2）根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的重要性確定監(jiān)測(cè)規(guī)模和具體內(nèi)容。 （3）在條件允許的前提下應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保監(jiān)測(cè)效率和精度；為增強(qiáng)成果的可靠性，可根據(jù)需要采用多種方法，相互比較與驗(yàn)證。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,§4.1 概述,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）1．變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)方案編制原則 （4）監(jiān)測(cè)方案在滿足監(jiān)測(cè)性能和精度的前提下，應(yīng)考慮臨時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和永久監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之間的銜接，應(yīng)力求減少監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)工作的效益。 （5）在滿足工程安全的前提下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)和監(jiān)測(cè)周期的確定應(yīng)盡量與工程現(xiàn)場(chǎng)條件和施工進(jìn)度協(xié)調(diào)一致，減少交叉影響。 （6）監(jiān)測(cè)方案的編制應(yīng)按照國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）1．變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)方案編制原則 2．監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的確定監(jiān)測(cè)具體項(xiàng)目的選擇與確定，應(yīng)考慮如下因素： （1）工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件； （2）工程規(guī)模與技術(shù)難點(diǎn)，包括：工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式、地基基礎(chǔ)深度、施工工藝與方法，以及工程進(jìn)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(gòu)筑物的相對(duì)關(guān)系等。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）3．監(jiān)測(cè)方案編制的步驟 （1）收集監(jiān)測(cè)工作所需的基礎(chǔ)技術(shù)資料； （2）現(xiàn)場(chǎng)踏勘，了解掌握周圍環(huán)境； （3）編制監(jiān)測(cè)方案初稿； （4）會(huì)同有關(guān)部門（包括甲方、施工方、監(jiān)理方等）確定各類監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和數(shù)據(jù)的控制基準(zhǔn)； （5）監(jiān)測(cè)方案上報(bào)審查、修改完善、報(bào)批執(zhí)行。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）4．編制監(jiān)測(cè)方案的基礎(chǔ)資料 （1）有關(guān)圖紙資料：地形圖、工程設(shè)計(jì)圖等； （2）地質(zhì)水文勘查報(bào)告； （3）工程施工技術(shù)方案和施工組織設(shè)計(jì)資料； （4）最新監(jiān)測(cè)儀器信息以及類似工程的經(jīng)驗(yàn)資料等； （5）國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和項(xiàng)目合同等。,§4.1 概述,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制）5．監(jiān)測(cè)方案的主要內(nèi)容 （1）工程概況； （2）監(jiān)測(cè)工作的目的與意義； （3）監(jiān)測(cè)工作執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)； （4）監(jiān)測(cè)的具體項(xiàng)目與測(cè)量點(diǎn)位的布設(shè)（包括圖件） （5）各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的觀測(cè)周期與頻率； （6）監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備、精度，以及具體觀測(cè)方法； （7）監(jiān)測(cè)人員的配置、分工與工作職責(zé)； （8）監(jiān)測(cè)資料的整理、數(shù)據(jù)處理與變形分析方法； （9）監(jiān)測(cè)工作進(jìn)度、工期、上報(bào)的對(duì)象與時(shí)限； （10）項(xiàng)目管理與質(zhì)量控制制度、注意事項(xiàng)及建議等。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制,（一）變形監(jiān)測(cè)技術(shù)方案設(shè)計(jì)（監(jiān)測(cè)方案編制） （二）變形監(jiān)測(cè)工作技術(shù)總結(jié)除上述監(jiān)測(cè)方案的主要內(nèi)容外，應(yīng)對(duì)具體變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并評(píng)定其精度；分析成果可靠性，并對(duì)建筑物的安全進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)。在技術(shù)總結(jié)中，還應(yīng)包括在監(jiān)測(cè)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決的措施、質(zhì)量檢查和監(jiān)督部門對(duì)監(jiān)測(cè)成果的檢查驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等。 （三）變形觀測(cè)數(shù)據(jù)、計(jì)算、分析等成果的編制與匯總。,§4.1 概述,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制 二、觀測(cè)資料的整理和整編,主要工作是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所取得的資料加以整理、編制成圖和說(shuō)明，使他們成為可供使用的成果。其具體內(nèi)容應(yīng)包括：,1. 校核各項(xiàng)原始記錄，檢查各觀測(cè)周期變形觀測(cè)值的計(jì)算是否有錯(cuò)誤；2. 對(duì)各種變形值按時(shí)間逐點(diǎn)填寫(xiě)觀測(cè)數(shù)值表、存檔或建立數(shù)據(jù)庫(kù);3.繪制各種變形過(guò)程線，建筑物（或基礎(chǔ)）變形分布圖。,§4.1 概述,變形觀測(cè)資料整編工作的主要內(nèi)容是將變形觀測(cè)值繪制成各種便于分析的圖表，包括：,（一）觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線某觀測(cè)點(diǎn)的變形過(guò)程線是以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以累計(jì)變形值（位移、沉陷、傾斜、撓度等）為縱坐標(biāo)繪制成的曲線。觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線可直觀地反映出變形的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度，對(duì)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(cè)資料的整理和整編,觀測(cè)點(diǎn)沉降量計(jì)算表(單位:厘米),觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程曲線圖,（一）觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)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(jù)某一剖面上各觀測(cè)點(diǎn)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(chǔ)）沉降等值線圖為了了解建筑物或基礎(chǔ)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(cè)資料的整理和整編,§4.1 概述,變形觀測(cè)點(diǎn)布置及沉降曲線圖,注：圖中括號(hào)前數(shù)字是觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)；括號(hào)內(nèi)數(shù)字是沉降量（單位：mm）,三、變形監(jiān)測(cè)資料的分析,該階段是分析歸納建筑物變形過(guò)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(guān)系，最好能找出它們之間的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，進(jìn)而判斷建筑物的工作情況是否正常。在積累大量觀測(cè)數(shù)據(jù)后，就可以進(jìn)一步找出建筑物變形的內(nèi)在原因和規(guī)律，從而修正設(shè)計(jì)的理論以及所采用的各類經(jīng)驗(yàn)公式等。,一、變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的編制 二、觀測(cè)資料的整理和整編,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測(cè)資料的分析具體內(nèi)容包括：,１．成因分析（定性分析）：成因分析是對(duì)結(jié)構(gòu)本身(內(nèi)因)與作用在結(jié)構(gòu)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(cè)技術(shù)資料的編制 二、觀測(cè)資料的整理和整編,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測(cè)資料的分析具體內(nèi)容包括：１．成因分析（定性分析）,２．統(tǒng)計(jì)分析 (定量分析)：根據(jù)成因分析的結(jié)果和其他相關(guān)影響，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(dǎo)出變形值與引起變形的有關(guān)因素之間的函數(shù)關(guān)系。,§4.1 概述,三、變形監(jiān)測(cè)資料的分析具體內(nèi)容包括：１．成因分析（定性分析）２．統(tǒng)計(jì)分析（定量分析),３．變形預(yù)報(bào)和安全判斷：在變形分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)求得的變形值與引起變形因素之間的函數(shù)關(guān)系，預(yù)報(bào)未來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,一．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)1. 測(cè)量平差的相關(guān)知識(shí) （測(cè)量誤差理論）:(1)變形控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)（最高精度、最小成本）；(2)具有固定基準(zhǔn)的經(jīng)典測(cè)量平差(最小二乘法)；(3)缺乏起算數(shù)據(jù)的秩虧自由網(wǎng)平差（廣義逆矩陣）。,2.數(shù)學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的有關(guān)理論:(1)隨機(jī)變量及其概率分布；(2)假設(shè)檢驗(yàn)原理與方法（穩(wěn)定性檢驗(yàn)等）；(3)隨機(jī)過(guò)程及其特征；(4)模糊數(shù)學(xué)。,一．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ),二．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理1. 檢查、計(jì)算各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)是否滿足《規(guī)范》要求；2.基準(zhǔn)點(diǎn)(或工作基點(diǎn))穩(wěn)定性檢驗(yàn);,3.回歸分析;4. 系統(tǒng)誤差判別和檢查;5. 數(shù)據(jù)篩選與粗差探測(cè);(1)擬合、推估、配置、濾波（平滑）；(2)頻譜分析法（等時(shí)動(dòng)態(tài)）；(3)小波分析法（非平穩(wěn)、不等時(shí)）。,§4.2 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,一．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ) 二．變形觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理,三．變形分析、預(yù)報(bào)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(shí)間序列分析模型(自相關(guān)、動(dòng)態(tài)模型ARMA);3. Kalman濾波模型(60年代，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、遞推);3. 頻譜分析模型(等時(shí)動(dòng)態(tài));4. 灰色系統(tǒng)分析模型(華中理工大學(xué)鄧聚龍82年);5. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模型(80年代，非線性、動(dòng)態(tài))；6. 遺傳算法分析模型。,§4.2 變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,1．變形監(jiān)測(cè)技術(shù)資料主要包括哪些內(nèi)容？ 2．變形監(jiān)測(cè)方案編制的步驟和主要內(nèi)容。 3．簡(jiǎn)述建筑物變形觀測(cè)資料整理和整編的主要內(nèi)容和步驟。 4．簡(jiǎn)述建筑物變形觀測(cè)資料分析的主要目的和主要內(nèi)容。 5．定性分析？統(tǒng)計(jì)分析？ 6. 分析說(shuō)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(cè)的主要內(nèi)容、方法，以及主要數(shù)據(jù)處理成果。,第四章 重點(diǎn)內(nèi)容與思考題,現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù),感謝聆聽(tīng)！,