地下工程监测和检测理论与技术（第二版）

第1章测试技术基础知识和传感器原理 1
1.1 测试系统的组成和特性 1
1.1.1 测试系统的组成 1
1.1.2 测试系统的性能指标 3
1.1.3 线性测试系统 5
1.2 测试系统的静态传递特性 5
1.2.1 静态方程和标定曲线 5
1.2.2 静态传递特性 6
1.2.3 测试系统的传递函数 8
1.3 传感器原理 11
1.3.1 应力计和应变计 12
1.3.2 电阻式传感器 13
1.3.3 钢弦式传感器 21
1.3.4 电容式、压电式和压磁式传感器 23
1.3.5 电阻应变计及其测量方法 27
1.3.6 测试系统选择的原则与标定 42
第2章地下工程的特点和监测目的 46
2.1 地下工程的主要特点与施工方法 46
2.1.1 地下工程的主要特点 46
2.1.2 地下工程的施工方法 47
2.2 监测的目的及国内外现状 52
2.2.1 监测的目的 52
2.2.2 监测的国内外现状 53
2.2.3 监测中存在的问题 54
第3章地下工程的监测仪器 55
3.1 监测仪器 55
3.1.1 经纬仪 55
3.1.2 水准仪 55
3.1.3 全站仪 56
3.1.4 收敛计 57
3.1.5 测斜仪 57
3.1.6 分层沉降仪 58
3.1.7 多点位移计 58
3.1.8 水位计 59
3.1.9 电阻应变仪 59
3.1.10 钢弦式频率采集仪 60
3.1.11 爆破振动监测仪 60
3.2 监测传感器 60
3.2.1 钢筋计 61
3.2.2 土压力计 61
3.2.3 孔隙水压力计 62
3.2.4 轴力计 62
3.2.5 混凝土应力计 63
3.2.6 应变计 63
3.2.7 锚杆测力计 64
3.2.8 爆破振动速度传感器 64
第4章地下工程监测项目及其控制标准 66
4.1 地下工程主要监测项目 66
4.1.1 钻爆法的主要监测项目 66
4.1.2 盾构法的主要监测项目 67
4.1.3 明挖法的主要监测项目 68
4.2 监测控制标准的确定 70
4.2.1 控制标准确定的基本原则 70
4.2.2 地表沉降控制标准的确定 71
4.2.3 支护结构与围岩位移控制标准的确定 75
4.2.4 明挖基坑工程变形控制标准的确定 79
第5章地下工程监测项目的实施方法 84
5.1 常规项目的监测方法 84
5.1.1 地表沉降监测 84
5.1.2 支护体系水平位移监测 86
5.1.3 支撑轴力监测 88
5.1.4 支护结构的钢筋应力监测 89
5.1.5 复合式衬砌中初期支护的内力监测 91
5.1.6 支护结构混凝土应变监测 96
5.1.7 土压力监测 98
5.1.8 孔隙水压力监测 99
5.1.9 地下水位监测 101
5.1.10 围护结构水平位移监测 102
5.1.11 深层土体位移监测 105
5.1.12 地下管线变形监测 107
5.1.13 拱顶下沉监测 108
5.1.14 净空收敛监测 109
5.1.15 爆破振动监测 111
5.1.16 地质状况观察和素描 113
5.2 地下工程的远程监测系统 114
5.2.1 近景摄影测量系统 114
5.2.2 多通道无线遥测系统 116
5.2.3 光纤监测系统 117
5.2.4 自动全站仪非接触监测系统 118
5.2.5 巴赛特结构收敛系统 119
5.2.6 轨道沉降监测系统 120
5.3 光纤传感系统 120
5.3.1 系统简介 120
5.3.2 光纤系统组成和光纤光栅传感监测系统 123
5.3.3 工作原理 124
5.3.4 光纤传感器的埋设 126
5.4 智能化传感器 128
5.4.1 智能化传感器简介 128
5.4.2 智能传感器的基本组成及工作原理 130
5.4.3 智能传感器的应用实例 132
5.4.4 模糊传感器 133
第6章地下工程中的声波测试技术 146
6.1 声波的传播规律 146
6.2 波动方程 146
6.3 声波探测技术 148
6.3.1 声波探测仪器设备和使用 148
6.3.2 测试技术 149
6.4 声波测试在地下工程中的应用 151
6.4.1 围岩松动圈半径的测试 151
6.4.2 利用弹性波评价岩体强度和完整程度 153
6.4.3 岩体力学参数的测定 153
6.4.4 张开裂隙的延伸深度测定 153
6.4.5 声波测井 154
6.5 声波测试在混凝土结构质量评价中的应用 154
6.5.1 结构混凝土厚度检测 154
6.5.2 混凝土中空洞的检测 155
6.5.3 混凝土裂缝的检测 155
6.5.4 深孔法检验混凝土质量 156
6.5.5 声波测试在桩基完整性检测中的应用 157
第7章地下工程中的无损检测技术 159
7.1 概论 159
7.2 回弹法检测 159
7.2.1 回弹仪 160
7.2.2 回弹值的测量 160
7.2.3 混凝土碳化深度值的测量 162
7.2.4 基于回弹法的混凝土强度评定 162
7.2.5 评定报告和有关表格 164
7.3 超声波检测 165
7.3.1 超声波检测仪 165
7.3.2 超声波传播时间即声时值的测量 166
7.3.3 测区声速值计算 166
7.3.4 基于超声波法的混凝土强度评定 166
7.4 超声回弹综合检测 167
7.4.1 测试仪器 167
7.4.2 回弹值的测量与计算 167
7.4.3 声速值的测量与计算 167
7.4.4 测区混凝土强度换算值 168
7.4.5 结构或构件的混凝土强度推定值 168
7.5 地质雷达探测技术 168
7.5.1 地质雷达原理与特点 169
7.5.2 地质雷达仪器及其发展 169
7.5.3 地质雷达数据采集的最优化分析 170
7.5.4 地质雷达图像解释 175
7.6 常见特殊地质体的地质雷达图像特征 177
第8章地面建筑物的变形监测 182
8.1 工程建筑物变形监测 182
8.1.1 变形监测的含义 182
8.1.2 建筑物变形监测的项目 183
8.1.3 沉降的原因和种类 183
8.2 变形监测的周期及其精度 184
8.2.1 变形监测的周期 184
8.2.2 变形监测的精度 185
8.2.3 高程控制网的建立和沉降监测 186
8.2.4 变形监测平面控制网的建立 190
8.3 建筑物的倾斜监测 192
8.3.1 直接测定建筑物倾斜度的方法 192
8.3.2 测定建筑物基础相对沉降值的方法 194
8.3.3 液体静力水准测量方法 194
8.4 建筑物裂缝和挠度监测 195
8.4.1 建筑物裂缝监测 195
8.4.2 建筑物挠度监测 196
第9章地下工程监测案例 198
9.1 南京地铁1号线某区间盾构隧道工程监控 198
9.1.1 工程概况 198
9.1.2 监测项目与控制标准 198
9.1.3 监测结果与分析 199
9.1.4 监测信息反馈 208
9.2 广州地铁1号线某区间隧道工程监测 209
9.2.1 工程概况 209
9.2.2 监测项目与控制标准 210
9.2.3 监测结果与分析 211
9.2.4 监测信息反馈 216
第10章地下工程监测的信息反馈技术 219
10.1 信息反馈的目的及内容 219
10.1.1 信息反馈的目的 219
10.1.2 信息反馈的内容 219
10.2 监测数据的处理方法 220
10.2.1 散点图和回归分析法 220
10.2.2 位移监测数据分析中常用的回归函数 223
10.3 信息反馈 224
10.3.1 监测反馈程序 224
10.3.2 收敛约束法 225
10.3.3 参数控制法 226
10.3.4 工程类比法 227
10.3.5 有限单元法 230
10.3.6 反分析法 232
10.4 稳定围岩与支护结构的技术措施 235
10.4.1 钻爆法施工时围岩与支护结构稳定的技术措施 236
10.4.2 盾构法施工时围岩与支护结构的稳定措施 243
10.4.3 明挖法施工时地层与围护结构的稳定措施 247
第11章地下工程现场监测的组织与实施 249
11.1 监测方案的编制 249
11.1.1 监测方案的设计原则 249
11.1.2 监测项目的确定 249
11.1.3 监测方案编制的步骤 250
11.1.4 监测方案的主要内容 250
11.1.5 编制监测方案的基础资料 250
11.2 监测的组织与实施 251
11.2.1 监测的前期准备 251
11.2.2 监测工作的实施 252
11.3 监测资料的整理与分析 255
11.3.1 监测资料的种类 255
11.3.2 监测数据的整理 256
11.3.3 监测数据的分析与反馈 258
第12章测量误差分析与数据处理 259
12.1 概述 259
12.2 测量误差及其分类 259
12.2.1 误差分类 260
12.2.2 精密度、准确度与精度 260
12.3 单随机变量的数据处理 261
12.3.1 误差估计 261
12.3.2 误差的分布规律 262
12.3.3 可疑数据的舍弃 263
12.3.4 处理结果的表示 264
12.4 多变量数据的处理 266
第13章地下工程的模型试验与测试技术 270
13.1 相似理论与室内模型试验 270
13.1.1 相似理论 270
13.1.2 相似理论第1定理 272
13.1.3 相似理论第2定理 275
13.1.4 相似理论第3定理 275
13.2 相似准则的导出 277
13.2.1 方程分析法 277
13.2.2 量纲分析法 279
13.3 相似理论的应用 282
13.3.1 结构静力相似 282
13.3.2 结构动力相似 284
13.4 相似材料模型试验 289
13.4.1 相似准则的推导 290
13.4.2 单值条件 295
13.4.3 相似材料的配置 296
13.5 结构模型试验 299
13.6 离心模型试验 301
主要参考文献 304
附录A 测区混凝土强度值换算表 305
附录B 泵送混凝土测区混凝土强度值换算表 317