Мониторинг деформаций

Модель деформации вулкана Утурунку, Боливия

Мониторинг деформаций (исследование деформаций) — систематическое измерение и отслеживание изменений формы или размеров объекта в результате напряжений, вызванных приложенными нагрузками. Мониторинг охватывает комплекс действий, направленных на измерение и анализ деформаций, для установления их размера и источников возникновения. В случае сложных и значимых конструкций, контроль начинается еще на стадии разработки проекта, охватывая анализ влияния окружающей среды и разработку системы реперных точек для оценки устойчивости[1].

Анализ деформаций

Оценка деформаций даёт возможность установить, является ли зарегистрированное смещение критичным и требует ли оно принятия мер. Полученные сведения о деформациях подлежат проверке на предмет статистической достоверности[2].

Информацию от датчиков обрабатывает специализированное Программное обеспечение, которое рассчитывает важные параметры на основе полученных измерений, сохраняет полученные результаты и, при необходимости, уведомляет уполномоченных лиц о превышении допустимых пороговых значений. Тем не менее, окончательное решение о реагировании на смещения принимает оператор. Например, организацию независимой инспекции, реализацию профилактических мероприятий (таких как ремонт сооружений), или экстренное реагирование (остановка технологических процессов, их локализация и эвакуация персонала)[2].

Виды деформаций зданий

  • Проседание

Это плавное опускание здания в почву под влиянием собственного веса и приложенных нагрузок.

  • Наклон (крен)

Крен появляется, когда постройка отклоняется от вертикали вследствие неравномерного проседания основания или других причин.

  • Растрескивание и разломы

Появляются в компонентах конструкции здания, таких как стены, перекрытия и фундамент.

  • Изменение формы конструкций

Охватывает деформации, вызывающие модификацию исходной формы или габаритов элементов здания.

  • Необратимые деформации

Это устойчивые изменения формы элементов под влиянием продолжительных или аномальных нагрузок.

  • Вибрационные деформации

Появляются из-за воздействия вибраций и ударных импульсов, таких как сейсмические явления, детонации или вибрации от транспорта[2][1].

Методы

Ручной метод

Ручной метод предполагает непосредственное взаимодействие с измерительными устройствами и датчиками, либо подразумевает ручную обработку информации, полученной от приборов контроля деформаций.Для отслеживания деформаций в современном мире широко применяются два основных подхода: лазерное сканирование и глобальные навигационные спутниковые системы[3].

Лазерное сканирование

Лазерное сканирование выделяется благодаря нескольким ключевым достоинствам. Это высокая скорость измерений, точность и плотность получаемых данных, а также наличие встроенного механизма, который автоматически поворачивает измерительный блок прибора по горизонтали и вертикали. В результате лазерного сканирования формируется цифровая модель окружающего пространства, представленная в виде набора точек с определёнными координатами[3].

Итогом измерений является детализированная модель объекта, состоящая из огромного количества точек, для каждой из которых известны координаты с высокой точностью (до миллиметра). Суть этого метода заключается в определении пространственных координат точек с использованием лазерного дальномера, работающего без отражателя, путем измерения расстояний от известных опорных точек. Существуют различные виды лазерного сканирования: наземное, мобильное и воздушное[3].

Результатом применения лазерного сканера является облака точек, которые состоят из большого количества точек в пространстве. Процесс контролируется с помощью портативного компьютера со специализированным программным обеспечением. Все значения координат автоматически сохраняются в базах данных компьютера[3].

ГНСС

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) функционируют благодаря взаимодействию трёх составных частей: космической, наземной и пользовательской.

Наземный сегмент включает в себя космодром, комплекс для измерения и управления, а также центр контроля, предназначенные для мониторинга состояния спутников и определения их точных координат. Пользовательский сегмент представлен аппаратурой потребителей, обеспечивающей применение навигационных систем в повседневной практике для установления персонального местоположения. Основная задача этого сегмента заключается в приёме сигналов от навигационных спутников, проведении измерений и их дальнейшей обработке. Космический сегмент включает в себя группировку из 24 спутников, постоянно излучающих радионавигационные сигналы, формируя непрерывное навигационное поле над Землей и в окружающем космическом пространстве. Эти спутники регулярно передают данные о своём местоположении. Определение расстояния до спутника происходит путём измерения времени, которое требуется сигналу для прохождения от спутника к приёмнику[3].

Автоматизированный метод

Автоматизированный контроль деформационных процессов (АКДП) представляет собой комплексную систему измерений и анализа изменений в характеристиках сооружения, вызванных его использованием и влиянием окружающей среды, который функционирует автономно. Его задача — заблаговременное обнаружение деформаций и устранение неполадок до негативных последствий[4].

АКДП даёт возможность[4]:

  • Проводить оценку деформаций и сопоставлять их с предельными (расчетными) значениями в режиме реального времени;
  • Осуществлять непрерывный контроль состояния объектов с заданной периодичностью;
  • Гарантировать высокую степень точности и стабильности результатов измерений, исключать человеческий фактор[4].

Измерительные приборы

Способы определения деформаций строительных объектов выбираются, исходя из типа и предполагаемой величины деформаций, а также необходимой точности замеров.

Это базовый и наиболее надёжный метод для определения вертикальных деформаций. Высокоточное нивелирование осуществляется посредством деформационных марок, закреплённых на конструкции, инженерных сетях и прилегающей территории. Точность измерений достигает долей миллиметра.

Применяются для контроля наклонов зданий и горизонтальных смещений. Данный метод позволяет оперативно фиксировать деформации в горизонтальной плоскости.

  • Волоконно-оптические системы с амплитудной модуляцией

Предоставляют исчерпывающую и точную информацию о смещениях и деформациях оснований, стен и перекрытий. Сенсоры устанавливаются на поверхности объекта и работают по принципу пороговых значений. Фиксируют любые изменения, микротрещины или деформации, автоматически информируя оператора при отклонениях от нормы.

  • Спутниковые приборы (GNSS-приёмники)

Метод даёт возможность постоянного мониторинга с использованием высокоточных навигационных приборов. Спутниковая геодезия обеспечивает высокую точность и полную автоматизацию измерений. Используется реже, преимущественно для протяжённых объектов и высотных зданий.

Представленные методы контроля деформаций зданий применяются с использованием современного оборудования и программного обеспечения, соответствующего стандартам качества[1][5].

Периодичность

Контроль деформаций начинается одновременно со строительством и продолжается на всём протяжении возведения. После окончания строительства ряда крупных сооружений, мониторинг не прекращается, продолжаясь в процессе эксплуатации. Длительность наблюдений варьируется: иногда работы заканчиваются после прекращения деформационных процессов, а в других ситуациях — длятся в течение всего периода функционирования объекта[1].

Наблюдения осуществляются с определенной периодичностью, в соответствии с утверждённым планом, и квалифицируются как плановые. При возникновении обстоятельств, способных спровоцировать резкие изменения (колебания нагрузки, температуры, уровня подземных вод, сейсмическая активность и т. п.), проводятся экстренные замеры.

В ходе специальных исследований изучаются изменения состояния и температуры грунта, подземных вод, температуры непосредственно объекта, метеорологические условия и т. д. Также принимаются во внимание изменения нагрузки, вызванные строительными работами, установленным оборудованием[1].

Применение

Мониторинг деформаций требуется при строительстве:

Мониторинг чаще всего применяется в зонах:

Литература

  • Иванов С. П. Геодезический мониторинг деформаций сооружений. — Москва: Недра, 2018. — С. 234—267.
  • Петров А. В., Сидорова М. К. Современные методы мониторинга деформаций зданий. — 2021. — № 5. — С. 45—52.

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Деформации зданий - виды и причины деформаций сооружений, как проводится мониторинг. geo-moon.ru. Дата обращения: 14 октября 2025.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Важность и методы мониторинга деформаций зданий. ngeos.ru. Дата обращения: 14 октября 2025.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Куштин В. И., Ревякин А. А., Соколова В. А., Добрынин Н. Ф. Современные методы мониторинга деформаций зданий и сооружений // cyberleninka : сайт. — 2020. — № 11. — С. 1—7.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Автоматизированный деформационный мониторинг. gfk-digital.ru. Дата обращения: 14 октября 2025.
  5. ↑ 5,0 5,1 Плеханов А. Мониторинг деформаций сооружений: как в этом поможет точное геопозиционирование. techinsider.ru (25 июля 2023). Дата обращения: 14 октября 2025.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Мониторинг_деформаций&oldid=2170058