CN107144323A - 隔室摄像式地下水位测量装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

隔室摄像式真空预压地下水位测量装置及其工作方法，包括水位管及测量设备，埋入地下的水位管包裹无纺土工布，其特征在于：所述水位管由透明材料隔板竖向分为两个半圆柱空间，一半为上下连通的不透水管腔，另一半为允许透水的滤管腔；所述滤管腔被半圆形滤管腔隔板划分为一列竖向互不连通的小隔室；所述测量设备包括标尺数据线及其端部的摄像头，该摄像头在不透水管腔内随标尺数据线上、下移动以观测所述滤管腔中的水位。本发明消除了现有真空预压地下水位测量装置密闭管段带来的密闭效应以及由上下贯通的滤管段带来的竖向提水效应，测量过程不改变管周负压环境，满足真空预压地下水位测量的基本要求。

Description

隔室摄像式地下水位测量装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及地下水位现场测试领域，具体涉及针对真空预压软基处理中地下水位测试的一种隔室摄像式地下水位测量装置。本发明还涉及这种测量装置的工作方法。

背景技术

真空排水预压法是一种有效的软基处理技术，近年来得到了广泛应用，并与新工艺、新方法结合不断得到改进。负压环境下地下水位变化规律是真空预压理论研究的基础性问题，其重要性在于：①地下水位变化是真空预压加固机理研究的必要条件，水位升降与否会改变饱和区、非饱和区分布，进而改变有效应力分布，影响真空预压加固效果；②计算水位之下的超静孔隙水压力时应扣除静水压力，即必须知道地下水位。目前，支持真空预压地下水位下降的占多数，也有学者认为水位不变或上升。真空预压地下水位测量技术不完善，无法获得令人信服的负压条件下地下水位原位测试资料是存在观点分歧的根本原因。

传统的真空预压地下水位测量方法是：先打设水位管，再用水位计测量。然而这种方法观测水位时要将盖子取下，使之与大气连通，将改变水位测管中的水位，所得水位并不是负压下的实际地下水位。对于传统水位测法存在的不足，已有相当数量的专利提出了改进方案，包括各类机械式测量方法、电阻式测量方法及激光测距等方法，均可以做到在不开盖的条件下测得负压条件下水位管中的水位。

然而，准确测到真空预压的方法地下水位必须满足一个前提条件，即埋设在地基中的水位管的结构必须科学合理，使管中水位能够准确地代表负压环境下地基中的水位。现有真空预压地下水位测管内部均为中空，且由不透水管段和滤管段组成，而采用真空预压法处理的场地地下水位埋深常常较浅，若滤管段分布范围较小（埋深过大），会使得管内外流体交换缓慢，管中水位变化明显滞后于土中水位，同时水位管顶部密封空间也容易出现密闭效应；而水位管中空且上下连通,会使得滤管段范围内存在竖向提水作用,且滤管段分布范围越大、真空度变化越剧烈,管内水位就越容易在竖向提水作用下高于土中水位。目前工程上所采取的调整滤管段分布的做法并不能够消除上述密闭作用和竖向提水作用，换句话说，将现有的上下贯通的密闭段和滤管段相结合的上下贯通的中空式水位管结构放在在负压环境下的地基中，管内水位不能够准确代表土中水位,即使准确无误地测到管中水位，也并不一定是真空预压地基处理的地下水位值。而现有真空预压地下水位测量改进方案大都忽略了上述问题，极少关注水位管中的水位是否能够代表真正的地下水位。为此，本发明改进了水位管结构并提出了相应的测量方法，提出一种能够反映并获取负压状态下的地下水位的设备和其操作方法。

发明内容

为解决真空预压地下水位测量中存在的密闭效应及竖向提水作用等技术问题，本发明提供了一种隔室摄像式地下水位测量装置，采用竖向透明有机玻璃隔板将水位管等分为两个半圆柱空间，其中滤管腔竖向分割为小段的隔室并通过滤管与地基水位连通，不透水管腔提供摄像头的工作空间，水位管中水位能够代表真空预压地下水位，同时测量过程不会对负压环境产生改变，完全满足真空预压地下水位测量的基本要求。本发明还将提供这种水位测量装置的工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，包括水位管及测量设备，埋入地下的水位管包裹无纺土工布，其特征在于：所述水位管由透明材料隔板竖向分为两个半圆柱空间，一半为上下连通的不透水管腔，另一半为允许透水的滤管腔；所述滤管腔被半圆形滤管腔隔板划分为一列竖向互不连通的小隔室；所述测量设备包括标尺数据线及其端部的摄像头，该摄像头在不透水管腔内随标尺数据线上、下移动以观测所述滤管腔中的水位。

本发明的不透水管腔与滤管腔之间通过透明有机玻璃隔板隔离，且互不连通；透水管腔竖向不连通，且被分割为数十个小隔室，每个隔室均可以与其同深度的土层通过滤管在水平方向进行流体交换，且不会受相邻隔室的直接影响，消除了水位管滤管段的竖向提水作用，并避免了不透水管段的密闭效应；不透水管腔作为摄像头的工作空间，使之可以通过透明有机玻璃隔板采集到滤管腔隔室中的水位图像视频信息。

本发明有以下优化方案：

所述水位管在密封膜之上全部为不透水管段，滤管腔起始于密封膜下，水位管埋设深度为6 m~10 m，具体埋深视现场水文地质条件而定；水位管内径为8 cm~12 cm。

所述隔室竖向尺寸为20 cm~30 cm，且每个隔室内部均有数个小的浮标，可以漂浮于水面，作为液位识别的标记物；当水全部充满隔室时，浮标全部位于该隔室上隔板的下表面，当隔室中没有水时，浮标全部位于该隔室下隔板的上表面。所用浮标直径应稍大于滤管腔侧壁透水小孔，每个隔室中浮标数量为3~5个。

所述标尺数据线卷收于水位管上方的收放器上，所述摄像头固定在该标尺数据线下端，随着该标尺数据线的收放而升降；所述摄像头带有光源和水平零刻度线，并作为所述标尺数据线的起点，通过数据线收放器连接摄像显示屏后，能够实时捕捉所述透明有机玻璃隔板另一侧的滤管腔内各个隔室中的图像视频信息；收放标尺数据线的同时，可以在显示屏上寻找管中水位的具体位置，当摄像头零刻度线与水位重合时，标尺数据线的刻度即为地下水位与顶盖的距离。

所述摄像头两端带有定位滑轮，与所述不透水管腔中的导槽对应，保证摄像头在所述不透水管腔内上下移动时不发生旋转；所述摄像头带有光源和水平零刻度线，并作为所述标尺数据线的起点，通过数据线收放器连接摄像显示屏后，能够实时捕捉所述透明有机玻璃隔板另一侧的滤管腔内各个隔室中的图像视频信息，收放标尺数据线的同时，可以在显示屏上寻找管中水位的具体位置，当摄像头零刻度线与水位重合时，标尺数据线的刻度即为地下水位与顶盖的距离。

所述标尺数据线精度为1 mm，即水位测量装置的精度为1 mm。

所述水位管顶部有顶盖密封，测量时，所述顶盖在不透水管腔一侧可以打开，允许将所述摄像头放入所述不透水管腔。实际上，当地面以上的管段存在隔板且密封较好，同时透明有机玻璃隔板能够有效隔离滤管腔和不透水管腔时，有、无密封顶盖均能使水位管的密封良好。密封良好的水位管在负压环境下正常工作时，不透水管腔中不产生负压且没有水渗入。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述隔室摄像式真空预压地下水位测量装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：

(1). 钻孔埋设水位管前，根据地下水位的初始埋深确定管长，地上部分全部为不透水管段，滤管腔的起始埋深紧靠并位于密封膜之下；检查不透水管腔的气密性是否良好，并将滤管腔分布范围（即密封膜下的所有管长范围）全部包裹无纺土工布；

(2). 将水位管垂直埋入钻孔中，穿出密封膜的位置进行密封处理，并使用顶盖将水位管顶端密封；

(3). 水位测量时，打开不透水管腔一边的顶盖，并检查不透水管腔一侧密封是否良好;

(4).将摄像头通过标尺数据线的收放器与摄像显示屏连接，打开摄像头光源；通过导槽将带有定位滑轮的摄像头的镜头侧面向透明有机玻璃隔板，使用标尺数据线下放摄像头，并观察摄像显示屏，至摄像头的水平零刻度线与滤管腔中的水位线重合时（水位线必定位于滤管腔的某个隔室中,且有浮标），人工读取位于顶盖处的标尺数据线的刻度，即为地下水位与顶盖之间的距离；

(5).测毕后，通过收放器收起标尺刻度线，取出摄像头，并密封顶盖。

与现有技术相比本发明具有的优点和有益效果包括：将水位管等分为不透水管腔和滤管腔后，水位管地下埋深范围内全部有滤管分布，且滤管腔在竖向被隔室所分割，不同深度地基与水位管均可通过滤管进行水流交换，且不存在由密闭管段带来的密闭效应，以及由上下贯通的滤管段带来的竖向提水效应，因此，位于水位管滤管腔中的水位能够代表真实的负压环境中的地下水位。采用摄像技术透过透明的有机玻璃隔板寻找水位线，通过读取标尺数据线的刻度测量水位深度，测量过程不会使负压环境产生改变，完全满足真空预压地下水位测量的基本要求。

附图说明

图1是本发明一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置结构及工作原理示意图；

图2是本发明一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置横截面结构图；

图3是本发明一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置局部结构详图。

图中：1、摄像头，2、标尺数据线，3、收放器，4、摄像显示屏，5、顶盖，6、不透水管腔，7、导槽，8、透明有机玻璃隔板，9、滤管腔，10、隔室，11、半圆形滤管腔隔板，12、浮标，13、无纺土工布，14、密封膜，15、砂垫层，16、软土层，17、地下水位。

具体实施方式

实施例1，隔室摄像式真空预压地下水位测量装置及其工作方法，如图1所示，本发明的地下水位测量装置包括水位管及带有摄像头的视频采集测量设备两部分，埋入地下的水位管由竖向透明有机玻璃隔板8均分为两个半圆柱空间，一半为上下连通的不透水管腔6，另一半为允许透水的滤管腔9；滤管腔9在竖向被半圆形滤管腔隔板11划分为数十个互不连通的小隔室10，每个隔室均可以透过滤管侧壁与其周围土层进行水流交换；带有滑轮的摄像头1位于标尺数据线2的起始端，通过导槽7定位，放入不透水管腔6中，当摄像显示屏4上显示摄像头1的零刻度线与滤管腔9中的地下水位17重合时，读取位于顶盖5处标尺数据线2的刻度，即为地下水位17离管顶的距离。水位管埋深范围内全部分布有滤管腔9，独特的分腔隔室结构消除了现有真空预压地下水位测量装置存在的密闭效应和竖向提水效应，管中水位能够代表真空预压地下水位，并且测量过程不会使负压环境产生改变，完全满足真空预压地下水位测量的基本要求。具体实施方式如下：

1）根据地下水位的初始埋深确定管长，地上部分全部为不透水管段，滤管腔9的起始埋深紧靠并位于密封膜14之下；检查不透水管腔6的气密性是否良好，并将滤管腔9分布范围（即密封膜下的所有管长范围）全部包裹无纺土工布13；

2）将水位管垂直埋入钻孔中，穿出密封膜14的位置进行密封处理，并使用顶盖5将水位管顶端密封；

3）水位测量时，打开不透水管腔6一边的顶盖，并检查不透水管腔6一侧密封是否良好;

4）将摄像头1通过标尺数据线2的收放器3与摄像显示屏4连接，打开摄像头光源；通过导槽7将带有定位滑轮的摄像头的镜头侧面向透明有机玻璃隔板8，使用标尺数据线2下放摄像头1，并观察摄像显示屏4，至摄像头1的水平零刻度线与滤管腔9中的水位线重合时（水位线必定位于滤管腔9的某个隔室10中，且有浮标12），人工读取位于顶盖5处的标尺数据线2的刻度，即为地下水位17与顶盖5之间的距离；

(5). 测毕后，密封顶盖5。

再次测量重复1）~5）即可。本发明所述的一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置采用独特的分腔隔室结构，并使用视屏摄像结合标尺的测量方法，消除了现有真空预压地下水位测量装置密闭管段带来的密闭效应以及由上下贯通的滤管段带来的竖向提水效应，使管中水位能够代表真空预压地下水位，并且测量过程不会使负压环境产生改变，完全满足真空预压地下水位测量的基本要求。

Claims (8)

1.一种隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，包括水位管及测量设备，埋入地下的水位管包裹无纺土工布，其特征在于：所述水位管由透明材料隔板竖向分为两个半圆柱空间，一半为上下连通的不透水管腔，另一半为允许透水的滤管腔；所述滤管腔被半圆形滤管腔隔板划分为一列竖向互不连通的小隔室；所述测量设备包括标尺数据线及其端部的摄像头，该摄像头在不透水管腔内随标尺数据线上、下移动以观测所述滤管腔中的水位。

2.根据权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所述水位管在密封膜之上全部为不透水管段，滤管腔起始于密封膜下，水位管埋设深度为6 m~10m；水位管内径为8 cm~12 cm。

3.根据权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所述隔室竖向尺寸为20 cm~30 cm，且每个隔室内部均有3~5个小的浮标。

4.根据权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所用浮标直径稍大于滤管腔侧壁透水小孔。

5.根据权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所述标尺数据线卷收于水位管上方的收放器上，所述摄像头固定在该标尺数据线下端，随着该标尺数据线的收放而升降；所述摄像头带有光源和水平零刻度线，并作为所述标尺数据线的起点，通过数据线收放器连接摄像显示屏后，能够实时捕捉所述透明材料隔板另一侧的滤管腔内各个隔室中的图像视频信息；收放标尺数据线的同时，在显示屏上寻找管中水位的具体位置，当摄像头零刻度线与水位重合时，标尺数据线的刻度即为地下水位与顶盖的距离。

6.根据权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所述摄像头两端带有定位滑轮，与所述不透水管腔中的导槽对应，保证摄像头在所述不透水管腔内上下移动时不发生旋转。

7.根据权利要求1-6之一所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置，其特征在于：所述标尺数据线精度为1 mm，即水位测量装置的精度为1 mm。

8.权利要求1所述的隔室摄像式真空预压地下水位测量装置的工作方法，其特征在于，步骤如下：

⑴. 钻孔埋设水位管前，根据地下水位的初始埋深确定管长，地上部分全部为不透水管段，滤管腔的起始埋深紧靠并位于密封膜之下；检查不透水管腔的气密性是否良好，并将滤管腔分布范围全部包裹无纺土工布；

⑵. 将水位管垂直埋入钻孔中，穿出密封膜的位置进行密封处理，并使用顶盖将水位管顶端密封；

⑶. 水位测量时，打开不透水管腔一边的顶盖，并检查不透水管腔一侧密封是否良好;

⑷.将摄像头通过标尺数据线的收放器与摄像显示屏连接，打开摄像头光源；通过导槽将带有定位滑轮的摄像头镜头侧面向透明有机玻璃隔板，使用标尺数据线下放摄像头，并观察摄像显示屏，至摄像头的水平零刻度线与滤管腔中的水位线重合时，人工读取位于顶盖处的标尺数据线的刻度，即为地下水位与顶盖之间的距离；

⑸. 测毕后，通过收放器收起标尺刻度线，取出摄像头，并密封顶盖。