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第一章 概况1

1.1国外液体静力水准仪的研制状况1

1.1.1用作几何水准测量的静力水准测量系统的研制1

1.1.2用于测定测点间倾斜角的水管倾斜仪的研制4

1.2我国液体静力水准仪的研制状况13

1.2.1用作常规水准测量的液体静力水准仪研制13

1.2.2用于测定两点间倾斜角的水管倾斜仪研制19

1.3小结22

第二章 液体静力水准测量24

2.1液体静力水准测量基本原理24

2.1.1沉降点间沉降量的测量原理24

2.1.2固定点间的高差或倾斜角测量原理25

2.2液体静力水准液面的运动方程27

2.2.1内力作用下的液面运动方程27

2.2.2外力作用下的液面运动方程29

2.2.3由液面运动引起的浮子运动30

2.3可移动式液体静力水准测量的主要误差来源31

2.3.1仪器误差31

2.3.2环境条件影响误差32

2.4固定式浮子型液体静力水准仪的温度补偿35

2.4.1液体静力水准的温度影响35

2.4.2固定式液体静力水准仪的温度效应36

2.4.3空间温度均匀变化的影响37

2.4.4仪器两端温差影响及温度补偿38

2.4.5温度补偿的有效性39

第三章 仪器主机及数传系统关键技术结构设计与原理40

3.1传感器40

3.1.1差动变压器40

3.1.2磁传感器42

3.1.3 CCD（电荷耦合器件——固态图像）传感器44

3.1.4电容式传感器48

3.2仪器主体结构52

3.2.1液体静力水准遥测主体结构53

3.2.2目视水管仪本体结构53

3.2.3自记水管仪主体结构54

3.2.4数字化水管仪主体结构54

3.3簧片中心导向装置56

3.4标定装置57

3.4.1方法与原理57

3.4.2液体静力水准仪的标定装置62

3.4.3水管仪的手动标定装置62

3.4.4水管仪的自动标定装置63

3.5 MCU与IP采集控制器65

3.5.1 MCU65

3.5.2 DZC—4型数据采集标定系统67

3.5.3 EP—Ⅲ型IP采集控制器68

第四章 我国的液体静力水准仪和三代水管倾斜仪72

4.1 JSY—1型液体静力水准遥测仪72

4.1.1基本原理72

4.1.2主要技术指标73

4.1.3主机系统仪器结构73

4.1.4电子遥测系统75

4.1.5仪器布设78

4.1.6仪器的安装和调试79

4.2 MSQ型目视水管倾斜仪82

4.2.1工作原理与基本公式82

4.2.2主要技术指标83

4.2.3仪器结构83

4.2.4临界阻尼与临界管径83

4.2.5仪器墩布设84

4.2.6仪器的安装调试85

4.2.7日常观测85

4.3 FSQ型浮子水管倾斜仪86

4.3.1整机外观与主要技术指标86

4.3.2工作原理87

4.3.3基本公式87

4.3.4仪器结构88

4.3.5仪器的安装调试91

4.3.6日常观测97

4.4 DSQ型短基线水管倾斜仪98

4.4.1整机概貌与主要技术指标98

4.4.2工作原理与基本公式99

4.4.3仪器系统结构100

4.4.4仪器的洞室条件与墩位布设109

4.4.5安装调试与日常观测110

4.4.6仪器性能测试结果116

4.5小结126

第五章 液体静力水准观测场地与倾斜潮汐形变台站洞室的环境条件127

5.1液体静力水准仪观测场地的环境条件127

5.1.1仪器安装于大坝廊道的环境条件要求127

5.1.2仪器安装于大坝坝顶的环境条件要求127

5.2水管仪倾斜潮汐观测台站观测环境技术要求128

5.2.1基本要求128

5.2.2地震地质条件128

5.2.3地形地貌条件128

5.2.4环境技术要求128

5.3倾斜潮汐形变台站的洞体条件128

5.3.1空腔效应、地形效应与地质效应129

5.3.2洞体覆盖厚度134

5.3.3坑道洞室开挖与仪器室布局138

5.3.4仪器墩及其全包式小腔体密封设施139

5.3.5坑道密封门——船舱水密门144

5.4倾斜潮汐形变台站防雷保护及接地改进146

5.4.1各种雷击危害的典型事例147

5.4.2雷电对潮汐形变台站的干扰与危害分析148

5.4.3综合治理是地震前兆台站防雷保护的必由之路150

5.4.4防雷保护效能154

5.5倾斜潮汐形变台站洞室温度随纬度变化的物理意义154

5.5.1问题提出154

5.5.2日照对倾斜潮汐形变台站温度影响方程155

5.5.3倾斜潮汐形变台站洞室温度随纬度变化的拟合方程157

5.6倾斜潮汐形变台站主要干扰源157

5.6.1降雨与抽水（注水）干扰157

5.6.2铁路公路、江河湖库、载荷变迁、振动爆破干扰161

5.6.3海潮影响164

5.6.4气候场地环境类干扰及其辅助观测164

第六章 静力水准·倾斜观测在地球科学中的应用170

6.1地壳与断层垂直运动的观测171

6.1.1地壳垂直运动观测171

6.1.2断层垂直运动观测173

6.2倾斜潮汐形变的观测与研究179

6.2.1潮汐现象的形成及其分类179

6.2.2倾斜潮汐形变的观测182

6.3地震、火山的监测预报184

6.3.1地倾斜测量是国际公认的预测地震的前兆之一184

6.3.2地倾斜测量作地震、火山监测预报的原理185

6.3.3水管仪的倾斜及潮汐形变观测在地震监测预报中的应用实例186

6.3.4水管倾斜仪在火山监测中的应用191

6.4同震阶跃与同震形变波的测定195

6.4.1同震阶跃与同震形变波动特征195

6.4.2同震阶跃与同震形变波响应特征的研究意义与作用196

6.4.3同震阶跃与同震形变波动测定举例197

第七章 静力水准仪在大坝、核电站、电子对撞机与城铁隧道的垂直位移监测中的应用203

7.1静力水准仪在大坝垂直位移自动监测中的应用203

7.1.1福建尤溪水东水电站大坝坝顶静力水准监测系统203

7.1.2葛洲坝、丹江口、南河大坝的坝体或坝基的静力水准监测系统206

7.1.3绝对垂直位移监测系统210

7.2静力水准仪在正负电子对撞机与加速器工程中的应用214

7.2.1北京正负电子对撞机工程液体静力水准测量系统214

7.2.2苏联埃里温同步加速器的液体静力水准系统215

7.3静力水准仪在大亚湾核电站核岛安全壳结构监测中的应用218

7.3.1核岛安全壳结构监测的静力水准系统218

7.3.2常规岛16m平台静力水准监测系统218

7.4静力水准仪在德国比伯利斯汽轮发电机组持续监测中的应用219

7.4.1汽轮发电机组液体静力水准为主的持续监测系统219

7.4.2汽轮发电机组持续监测系统的信息采集、传输、处理与变形预报220

7.5静力水准仪在地下铁与过江隧道监测中的应用221

7.5.1北京城铁垂直形变监测静力水准系统221

7.5.2上海城铁浦江隧道静力水准监测系统222

第八章 静力水准·倾斜潮汐形变观测资料处理及地震前兆异常识别225

8.1形变观测数据的产出、传送与管理225

8.1.1数据产出及其预处理225

8.1.2数据的通讯228

8.1.3数据的管理228

8.2应用于大坝安全与地震监测的观测数据常规处理分析229

8.2.1砼大坝垂直位移的基本规律与地震前后应变阶段性特征曲线229

8.2.2大坝垂直位移与地壳倾斜形变观测数据的常规分析方法229

8.3倾斜潮汐形变观测数据的调和分析235

8.3.1潮汐观测数据的中井（Nakai）预处理检验法236

8.3.2维尼狄可夫调和分析法237

8.3.3利用天顶距计算公式算倾斜固体潮理论值238

8.3.4我国国产水管仪倾斜固体潮长系列调和分析结果242

8.4倾斜潮汐形变震前异常的识别与提取246

8.4.1潮汐因子系统偏离法246

8.4.2契比雪夫拟合预估法248

8.4.3卡尔曼滤波法250

8.4.4维纳滤波法252

8.4.5加卸载响应比法252

8.4.6小波分析法254

参考文献256

附录264

附录Ⅰ 《岩土工程安全监测手册》推荐的常用液体静力水准仪的规格及技术参数表264

附录Ⅱ CZY—2垂直形变监测仪264

附录Ⅲ 我国三代水管倾斜仪跨距与临界管径、固有周期、固有频率、阻尼常数关系表268

附录Ⅳ 倾斜（应变）潮汐形变台站观测环境干扰例证269

附录Ⅴ 气象要素辅助观测仪器273

附录Ⅵ 利用实际潮汐形变观测资料反演获取勒夫数276

附录Ⅶ 倾斜（应变）潮汐形变台站天文方位角的测定277