CN114593707A - 一种土体位移与地下水位的一体化监测装置和监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种土体位移与地下水位的一体化监测装置和监测方法，监测装置包括测量管和监测仪，测量管包括至少一节测斜管体，测斜管体上设有至少一组滤水孔组，滤水孔内填充有过滤部件，外部水通过过滤部件进入测斜管体内，所述监测仪包括探头本体和与探头本体电连接的主机，探头本体包括加速度计、加速度计外壳、水位监测传感器和传感器保护壳，水位监测传感器和所述主机通过至少一根信号线电连接，所述信号线包裹在线缆内，所述探头本体可伸入测斜管体内。本发明将仪器功能集成化，使仪器同时具有地下水位和土体位移测量两种功能，测量方法简单高效，测量结果获取便捷。
Description
技术领域
本发明属于土木工程建设监测技术领域，一种土体位移与地下水位的一体化监测装置和监测方法。
背景技术
工程项目建设过程中，监测工作是不可或缺的一环，监测工作保证了施工建筑和周围环境的稳定安全。在监测工作中，土体测斜和地下水水位监测是十分重要的两项。测斜用于监测地下土体的水平位移，探测土体内部的形变情况。水位监测用于测定地下水液面到地表的距离，观测地下水位的变化。两种数据相互影响，地下水位的变化可能会引起土体内部位移，而由于施工扰动导致的土体位移也会引起地下水位的变化。
在现有的监测方法中，对土体位移和地下水水位监测的方式是分别预埋测量管。具体的，在设计好的监测点位上向下钻取数十米的孔洞，在土体位移监测点上的孔洞内埋设土体位移测量管，土体发生位移后，测量管会发生相应变形，将测斜仪探头插入测量管内可以检测测量管的形变情况，从而得到土地发生位移量。在地下水水位监测点上的孔洞内埋设水位测量管，放置一段时间，使水位测量管内的水位和外部土体的水位平齐，再将水位检测探头放入水位测量管进行检测。
上述监测方法，测斜和水位监测要分别钻孔、分别预埋测斜管和水位测量管，分别利用相应的仪器进行监测，即测斜和水位监测是两个独立的监测项目，监测时，要分别携带各自的监测工具和设备，分别钻孔埋管监测，这导致监测工作量较大，监测效率低，监测成本高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种土体位移与地下水位的一体化监测装置和监测方法，将仪器功能集成化，使仪器同时具有地下水位和土体位移测量两种功能，测量方法简单高效，测量结果获取便捷。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种土体位移与地下水位的一体化监测装置，包括测量管和监测仪，所述测量管包括至少一节测斜管体，测斜管体为中空管，测斜管体上设有至少一组滤水孔组，每组滤水孔组包括至少一个滤水孔，滤水孔内填充有过滤部件，外部水通过过滤部件进入测斜管体内，所述监测仪包括探头本体和与探头本体电连接的主机，探头本体包括加速度计、加速度计外壳、水位监测传感器和传感器保护壳，加速度计位于加速度计外壳内，加速度计和所述主机通过线缆电连接，传感器保护壳连接在加速度计外壳的一端，水位监测传感器位于传感器保护壳内，水位监测传感器和所述主机通过至少一根信号线电连接，所述信号线包裹在线缆内，所述探头本体可伸入测斜管体内。
作为上述技术方案的进一步改进：
过滤部件通过滤水盖安装在滤水孔内，每个滤水孔上可拆卸地安装一滤水盖，滤水盖上设有通孔，过滤部件填充在滤水盖内。
所述测量管包括多节测斜管体时，相邻两节测斜管体通过套筒和螺丝连接，相邻两节测斜管体的一端位于同一个套筒内，套筒上有多个螺孔，螺丝穿过螺孔后压紧在测斜管体上，每个测斜管体通过多个螺丝连接套筒。
线缆上设有刻度。
所述监测装置还包括水位监测电路，水位监测电路包括主路线和两条并联的支路线，主路线上安装有水位监测传感器、电源和水位监测总开关，一条支路线上安装有电压表、另一条支路线上安装有扬声器和/或指示灯，主路线的一端同时连接两条支路线的一端、主路线的另一端通过双向开关可切换地连接两条支路线的另一端。
所述主机包括微电脑和触控屏幕，加速度计、水位监测传感器、触控屏幕均和微电脑电连接，微电脑接收加速度计、水位监测传感器发送的信息，并将接收到的信息按照设定的程序进行处理，操作人员通过触控屏幕输入信息，触控屏幕显示微电脑接收和处理的数据信息。
一种土体位移与地下水位的监测方法，所述监测方法基于上述一体化监测装置，当需要监测土体位移时，关闭水位监测总开关，所述土体位移的监测方法包括如下步骤：
步骤a1：根据工程现场情况确定要埋入的测量管的长度，当测量管的长度大于测斜管体的长度时，选择多节测斜管体，相邻两节测斜管体通过套筒和螺丝连接，必要时对一端或两端的测斜管体进行截取，获得所需长度的测量管，将测量管两端用盖密封后埋入设计的监测孔内；
步骤a2：确定选用从管底开始测量或从管口开始测量，当选用从管底开始测量时，在测量前将所述探头本体伸入测量管中，使探头本体接触测量管底，当选用从管口开始测量时，在测量前使探头本体接触测量管口；
步骤a3：在所述主机上按设定的程序要求输入参数；
步骤a4：带动线缆使探头本体移动设定距离后停止，按照所述主机上的指示操作，使所述主机录入此次测量值；
步骤a5：重复步骤a4，使探头本体在测量管内继续同向移动至完成整根测量管的测量；
步骤a6：将探头旋转180°后伸入测量管底或置于测量管口，重复步骤a4和步骤a5，完成测量；
当需要监测地下水位时，打开水位监测总开关，所述地下水位的监测方法为：选择双向开关连接电压表，或者连接扬声器和/或指示灯，将所述探头本体伸入管内，当电压表指针发生偏转，或者扬声器发出声音和/或指示灯亮灯，停止移动线缆，并读取线缆上的刻度读数，即为地下水位信息。
步骤a1获得的测量管的最低端1米内不开设滤水孔；上部管口处也不开设滤水孔。
步骤a2中在所述主机上按要求输入的参数包括但不限于所在工区区号、测量孔的孔号、监测日期、测量深度。
当选用从管口开始测量时，首先用全站仪测量出测量管口的坐标，步骤a3中输入的信息包括测量管口的坐标。
本发明的有益效果是：
1)一套装置实现两种用途，通过测量仪器集成化，一次测量作业可以同时获取地下土体位移数据和地下水位数据，使后续监测工作更加高效、便利，降低监测外业工作强度。
2)通过测量终端对数据进行处理，在测量的过程中可以实时显示测量部位的形变量和相应的折线图，实现测量结果可视化，为作业现场为测量人员提供参考。
3)通过在终端上录入地下水位数据，可计算并显示地下水位的变化和相对应的折线图。
4)测量终端对数据进行处理后，对得到的形变数据和图表进行保存，生成相应格式的报表，实现测斜和地下水位监测工作内外业一体化。
5)通过分析地下土体的位移量和地下水位的变化量的变化，判断构筑物施工过程中的稳定性，对形变过大的区域及时预警、治理，保证工程建设安全顺利进行。
6)一管两用，可以用于监测地下土体位移和监测水位，点位布设时只需要钻一个孔位放置所述测量管，缩短监测点布设工期。
7)所述装置结构简单、设计合理、制作成本低，易于实现。
8)安装使用简单便利，减少人工操作失误影响，监测效率高。
附图说明
图1是本发明一个实施例的测斜管体结构示意图。
图2是本发明一个实施例的填充有过滤部件的滤水盖的示意图。
图3是本发明一个实施例的测量管的一剖面示意图。
图4是本发明一个实施例的相邻两节测量管的连接示意图。
图5是本发明一个实施例的探头本体结构示意图。
图6是本发明一个实施例的水位监测电路示意图。
图7是本发明一个实施例的主机示意图。
图8是本发明一个实施例的软件开发流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
一种土体测斜与地下水位监测一体化装置，如图1～8所示，包括测量管和监测仪，所述测量管和监测仪配合使用，可以用于监测地下土体位移和地下水位，即所述一体化装置有两种用途。
所述测量管包括至少一节测斜管体2，测斜管体2为中空管，较佳的，测斜管体2为圆筒状。测斜管体2的材质为PVC。测斜管体2的内表面加工有多个内部导槽，内部导槽的长度方向和测斜管体2的中心线平行，所述内部导槽用于供测斜仪探头在管内滑动。
本实施例中，测斜管体2的内表面加工有四条内部导槽，四条内部导槽沿着测斜管体2的内表面均匀布置。
测斜管体2长度为2～4m，外径53mm～90mm、内径43mm～79mm、管壁厚5mm～5.5mm。
本实施例中，测斜管体2长度为3m、外径70mm、内径60mm、管壁厚5mm。
测斜管体2上设有至少一组滤水孔组，每组滤水孔组包括至少一个滤水孔21，滤水孔21连通测斜管体2的内部和外部。每组滤水孔组包括多个滤水孔21时，同一组的多个滤水孔21在测斜管体2的同一横截面上，多个滤水孔21沿着测斜管体2的圆周均匀分布。较佳的，滤水孔21中设有内螺纹。
本实施例中，每组滤水孔组包括四个滤水孔。
本实施例中，每节测斜管体2上设有四组滤水孔组，每两组滤水孔组为一套滤水孔组，则有两套滤水孔组，两套滤水孔组分别位于测斜管体2的三等分位置处。每套滤水孔组的两组滤水孔组之间的距离为40～50mm，较佳的，取40mm。
需要说明的是，为了不影响测斜仪探头在管内的滑动，滤水孔21不能穿过所述内部导槽。滤水孔21的内螺纹使用攻丝工艺加工形成，加工时不能在测斜管体2内部导槽的位置钻孔。
滤水孔21内填充有过滤部件，过滤部件透水透气不透泥沙等固体颗粒物，使外部地下水能通过过滤部件进入测斜管体2内，同时阻挡外界泥沙。
过滤部件通过滤水盖22安装在滤水孔21内。具体的，每个滤水孔21上可拆卸地安装一滤水盖22。滤水盖22外部轮廓形状为螺栓状，滤水盖22的中心线即为所述螺栓状的中心线。滤水盖22中部有通孔，通孔的中心线和滤水盖22的中心线重合。滤水盖22包括头部和尾部，所述头部和尾部一体连接形成螺栓状，所述头部相当于螺栓头，所述头部的外径大于尾部的外径。滤水盖22尾部直径7.5mm～13mm，较佳的，取10mm。所述尾部外表面设有外螺纹，滤水盖22通过所述外螺纹和滤水孔21的内螺纹配合螺接，螺接后，滤水盖22的头部位于测斜管体2外。滤水盖22设为带有头部的螺栓状便于使用扳手将其旋紧在滤水孔21上。过滤部件填充在滤水盖22的通孔中。
所述过滤部件包括栅格网221、金属网222和土工布223。沿着滤水盖22的通孔的中心线方向上，栅格网221、土工布223和金属网222依次排列，栅格网221较金属网222更靠近滤水盖22的头部，即金属网222较栅格网221更靠近测斜管体2内部。较佳的，栅格网221材质为硬质塑料，金属网222材质为不锈钢。栅格网221和金属网222的设置可以牢固的固定土工布223，同时栅格网221和金属网222耐泥沙和水的冲蚀，提高了过滤部件的使用寿命。土工布223是合成纤维通过针刺或编织而成的土工合成材料，具有良好的透气性和透水性，使水流通过，而有效地截流土颗粒，细沙、小石料等，结实耐用不易破裂。栅格网221和金属网222将土工布223牢固的固定在滤水孔21内。
较佳的，滤水孔21的内螺纹和滤水盖22的外螺纹之间设有生料带，以提高连接处的密封性。加工安装时，在滤水盖22的外螺纹上缠绕生料带，之后用扳手把滤水盖22安装在滤水孔21上。
所述测量管包括多节测斜管体2时，相邻两节测斜管体2通过套筒3和螺丝32连接。具体的，套筒3为圆筒状，其内径大于测斜管体2的外径，较佳的，套筒3的内径略大于测斜管体2的外径，以保证套筒3可以紧密的套在测斜管体2上。相邻两节测斜管体2的一端位于同一个套筒3内。测斜管体2的外表面上加工有至少一条凹槽23，凹槽23的宽度和深度为2～3mm，较佳的，取2mm。凹槽23的长度方向和测斜管体2的中心线平行。套筒3的内表面设有至少一条凸起，所述凸起和凹槽23配合，所述凸起可插入凹槽23中。安装时，将测斜管体2的一端插入套筒3内，使测斜管体2的凹槽23对准套筒3的凸起，两者配合，如此，可保证两节相邻的测斜管体2的中心线重合且内部导槽对齐。凹槽23和内部导槽错开布置。
本实施例中，测斜管体2上设有两条凹槽23，套筒3内设有两条凸起，凹槽23位于两条相邻的内部导槽之间，两条凹槽23相对于测斜管体2的中心线对称布置，或者说在测斜管体2的横截面上，两条凹槽23的连线穿过所述横截面的中心。
套筒3上有多个螺孔，螺丝32穿过螺孔后压紧在测斜管体2上，每个测斜管体2通过多个螺丝32连接套筒3，每个测斜管体2上的多个螺丝32沿着套筒3的周向均匀布置。如此实现相邻两节测斜管体2的连接。
较佳的，螺丝32上使用防水胶布缠绕，多节测斜管体2拼接完成后，将整体管的一端作为底部，另外一端作为顶部，均使用塑料保护盖密封。
本实施例中，每个测斜管体2通过四个螺丝32连接套筒3。
所述测量管可以作为测斜管和水位管，配合所述监测仪可以监测土体位移和地下水位。
根据水位管的安装要求，管的最低端1米内不打孔作为沉淀段，用来沉淀进入管内的少量泥沙；上部管口处也不打滤水孔保证埋设质量，即所述测量管的上端面上没有滤水孔。所述测量管满足上述要求。在实际使用中，所述测量管的长度不等于测斜管体2的整数倍，而是需要将底部和/或顶部的测斜管体2截取使用时，同样需保证满足上述要求。
所述测量管的工作原理为：根据需要选择测斜管体2的节数，相邻两节测斜管体2通过套筒3和螺丝32连接，依次将选择的多节测斜管体2连接，形成所述测量管，再将所述测量管的两端用塑料盖封口，避免沙石等杂物或雨水等通过端部管口进入管内。再将所述测量管垂直放置在监测点位钻好的孔内，并用细沙填充测量管与孔壁之间的空隙，保证它在地下不会发生晃动。放置后，地下水会通过测斜管体2上的滤水孔21内的过滤部件进入测斜管体2内部，最终测斜管体2内部的水位和地下水位会平齐，配合水位计可以监测地下水位。同时，测斜管体2内不会进入泥沙等固体杂物。测斜仪探头可以伸入测斜管体2内，实现对地下土体位移的监测。
所述监测仪包括探头本体和主机，探头本体和主机通过线缆1电连接。
探头本体如图5所示，包括加速度计、加速度计外壳41、水位监测传感器43、传感器保护壳44、缓冲垫45和至少一组滑轮组42。
加速度计位于加速度计外壳41内，加速度计和所述主机通过线缆1电连接。
滑轮组42连接在加速度计外壳41上，每组滑轮组42包括两个滑轮，两个滑轮分别位于加速度计外壳41的两侧。
加速度计、加速度计外壳41和滑轮组42组成测斜仪探头，和主机连通后可以用于探测土体移动。
传感器保护壳44连接在加速度计外壳41的一端，较佳的，传感器保护壳44焊接在加速度计外壳41的一端。水位监测传感器43位于传感器保护壳44内。传感器保护壳44为开放式的，即不是封闭的，传感器保护壳44底部开多排孔洞，以使液体能进入传感器保护壳44内接触到水位监测传感器43，传感器保护壳44内的液体能流出去。传感器保护壳44保护水位监测传感器43，防止其受到碰撞而损坏，同时能让水位监测传感器43接触到液体。
水位监测传感器43和所述主机通过至少一根信号线电连接。所述信号线包裹在线缆1内。
线缆1上设有刻度。将水位监测传感器43所在位置设为0，即刻度起点。通过所述刻度可以读取水位监测传感器43到地表的距离，或说水位监测传感器43所在的深度位置，即地下水位的深度。所述刻度刻画清晰，不易磨损，精度为1毫米。线缆1使用劲度系数较高的材质，在测斜仪探头的拉力下不易变形，因此用于监测尺寸时精度较高。线缆1的长度通常为35-40m。
线缆1上均匀间隔设有标识部件。较佳的，所述标识部件为塑料卡扣。在测斜时，塑料卡扣的设置便于操作人员进行定位，线缆1单向移动过程中，相邻两个塑料卡扣到达同一位置时表明线缆1移动了设定距离，方便操作人员在线缆1移动设定长度后及时停顿以读取数据。
本实施例中，相邻两个塑料卡扣之间的距离为0.5米。
缓冲垫45设置在加速度计外壳41的远离传感器保护壳44的一端的端部。由上可知，水位监测传感器43连接在所述测斜仪探头的顶端，缓冲垫45连接在所述测斜仪探头的底端。
所述主机可以对测斜数据进行读取。
所述监测装置还包括水位监测电路，所述水位监测电路可以控制和反映水位监测传感器43的工作状态。如图2所示，水位监测电路包括主路线和两条并联的支路线。主路线上安装有水位监测传感器43、电源51和水位监测总开关52。一条支路线上安装有电压表54、另一条支路线上安装有扬声器55和/或指示灯56，主路线的一端同时连接两条支路线的一端、主路线的另一端通过双向开关53可切换地连接两条支路线的另一端。
本实施例中，一条支路线上安装有电压表54、另一条支路线上安装有扬声器55和指示灯56。
水位监测电路的工作原理为：将水位监测总开关52连通、双向开关53连通其中一条支路。水位监测传感器43为正负两电极水阻接触点，水位监测传感器43接触到液面则电路接通。当水位监测传感器43未接触到液体液面时，整个电路处于开路状态，此时若双向开关53连通电压表54，则电压表54指向0，若双向开关53连通扬声器55和指示灯56，则扬声器55和指示灯56无反应。当水位监测传感器43接触到液面时，整个电路和液体连通，形成通路，电流通过，此时若双向开关53连通电压表54，则电压表54指针发生偏转，若双向开关53连通扬声器55和指示灯56，则扬声器55发出声音，指示灯56亮灯。在噪音大的场合等可以选择将双向开关53连通电压表54。
所述监测仪的工作原理为：在监测地下土体位移时，关闭水位监测总开关52，将所述个监测仪滑入到测量管底，向上提拉，每隔一定距离记录一次数据，可以通过塑料卡扣来进行定位判断，本实施例中，每隔0.5m记录一次数据，直到将探头提到管口，或者将监测仪从测量管口朝管底下放，每下放一定距离记录一次数据。
监测水位时，在主机上打开水位监测总开关52，选择双向开关53连接电压表54，或者连接扬声器55和指示灯56。将所述监测仪伸入管内，当电压表54指针发生偏转，或者扬声器55发出声音，指示灯56亮灯，则代表水位监测传感器43接触到液面，这时读取线缆1上的刻度读数，即为地下水位信息。假如在施工过程中，由于外界扰动，出现土体位移，会导致测量管出现弯曲形变，但是由于连通器原理，管内的水位会和地下水位始终保持一致，因此，水位监测的精度不受测量管形变的影响。
所述主机也可称为测量终端，包括微电脑和触控屏幕。所述微电脑可以处理获取到的数据，触控屏幕可以录入监测信息、显示形变数据和相对应的图表。另外，所述主机还能在测量过程中进行提示。
所述主机外形如图7所示，主机上设有输入接口61、USB接口62、确认按钮63、返回/删除按钮64和触控屏幕65。输入接口61用于插接线缆1，用户通过与触控屏幕65交互，录入监测区域、监测点的信息。在测量作业过程中，需要一些提示音效或信息来协助测量人员的操作，在测斜工作中，每获取到一个数据后，终端应当发出提示音，来提示操作者拉动探头。
对于水位监测，扬声器55、指示灯56和电压表54均集成在主机上。
土体测斜分两种情况设计终端界面，分别是从管口开始监测和从管底开始监测。在监测中终端界面可以实时的显示各个深度的形变值并且生成形变图。
对于水位监测，需手动录入水位深度值，录入监测值后，结合前期的录入值，可以显示出该孔内水位的变化值，并绘制相关变化折线图。
完成监测后将计算得到的结果与图表保存。
具体的，所述测量终端基于matlab设计程序，测斜的程序使用方法包括如下步骤：
1)生成数据库
在监测作业开始时，需要通过触控屏幕输入相关的信息，所述的信息包括但不限于作业的区号、监测的孔号、该孔的深度、作业的日期，以这些信息为分类，设置数据库。在data储存空间内，生成名称为区号的文件夹，此文件夹内储存有该区内监测和计算的形变数据。在区号文件夹内产生以孔号为名的.xlsx格式文件，在此文件中储存该孔的监测结果；设定.xlsx文件的sheet为监测的时间，将名称命名为监测的日期。
本实施例中，测斜数据以0.5m为间隔进行监测，在表格的第一列生成深度数据，即表格第一列为步长为0.5m的深度信息，后续监测时，就在相应的深度采集和储存数据。每次监测时，都会产生相应的文件，来储存之后产生的数据。如此，生成所需的数据库。
2)测斜数据采集与计算
为了实现实时显示形变结果，需要在获取数据的同时对当次采集到的数据进行预处理，同时调取数据库中的数据，来计算当前深度的位移变化量，并且生成形变位移图。
数据采集的方式分两种情况进行考虑，一是从管底开始测量，以管底为测量基准，这样的测量管安装深度需要达到基岩的位置，设定管底是不发生位移的，将测斜仪探头放入所述测量管底，使滑轮位于内部导槽内，从管底开始，将测斜仪探头往上拉，滑轮沿着内部导槽上滑，每隔0.5m测量一次数据。一个测孔主要正测和反测两次测量，当次测量结果由正反测两组数据计算得到：
Ai0和Ai1分别为每一分段上正测与反测的测量数据，Bi为在某一深度处相对于管底累计位移值。
拥有反测数据的时候才可以进行上述的计算，因此终端程序在完成正测，开始反测的时候开始计算每个深度的位移测值和相对管底的累计位移量，每测量一个反测数据，就产生当前深度的测值和相对管底的累计位移。每一个测量孔的相对管底的累计位移，用于与之前的测量结果作对比，来计算该孔位的各个深度土体的本次形变和累计形变。
所以获取反测数据的过程中，终端程序就可以计算并且显示当前深度上土体的本次形变量和累计形变量，并且以该孔的深度为y轴，形变量为x轴，绘制形变量折线图，实现可视化效果。
另外一种是从管口开始测量，使用这种方法，通常是测量管的深度没有达到基岩的位置，管底有可能随外界扰动发生位移，所以从管口测量首先需要知道管口的位移量，首先需要使用全站仪，测量出管口的坐标，得到管口处的位移量，但是全站仪测得的形变是在二维平面上的变化，通常的测斜数据是一维方向上的形变，不能直接把全站仪测量的数据作为基准的变化，所以管口为基准的土体位移测量中，需要得到各个深度上，二维的平面位移。测量管内为两组相互垂直的滑槽，因此需要测量出在两个相互垂直方向上的形变，就能将其叠加为在二维平面上的形变量。任意深度处的叠加的水平位移测值计算如下：
ΔAi和ΔBi分别是在i处相互垂直的两个方向上测得的位移量。计算该管相对管口的累计位移值需要注意，首先需要加上全站仪测得的管口位移量，计算公式如下：
Ci＝A0+∑bi (5)
式中Ci为相对管口各个深度的累计位移值，A0为全站仪测得的测量管口处发生的位移量，bi则为任意深度出的叠加的水平位移测值。
根据上述计算方法，若要实时显示测量管的形变量就需要两个方向的正反测值都得到后才能计算出当处的相对管口累计位移量。因此在测量第二个方向的反测时，计算并显示当下测量位置的形变数据，在开始测量之前要输入管口的坐标，程序计算出管口位移量后加在各个深度的测值上。计算测量管本次形变和累计形变的原理和从管底开始测量的方法一致。同样每获取一个第二个方向的反测数据，就通过调用数据库中先前的数据，计算并显示当前深度的本次形变和累计形变值，同时绘制形变图。
在测量中有时由于操作失误会导致应该获取数据的位置和实际位置不符，导致获取数据错误，所以需要添加删除功能，删掉在某一个深度上错误的数据，重新获取。
对于水位监测，同样求解累计变化和本次变化
λn＝mn-m0 (7)
在程序内录入当前测得的孔内水位深度，可以计算并显示出该孔位水位的本次变化量和累计变化量。所述程序可绘制折线图，分别绘制以监测时间为x轴，本次变化量和累计变化量为y轴的折线图，和以此次测量近一周监测时间为x轴，水位测量值为y轴的折线图。
上述监测数据和结果需要进行入库保存：将测量中计算得到的正反测的测量值、相对管底(管口)的累计位移值、本次形变量、累计形变量，以及从管口开始测量情况下全站仪测得的管口的坐标，还有水位测量获取到的测值，本次变化、累计变化量，保存在相应的数据库文件中，便于后续的调用和查看。
图表管理：将测量中显示得到的折线图，包括测量的形变折线图，水位的变化图，水位的测值图，保存在相应的数据文件中，以供后续技术人员参考。
报表生成：设置完成报表参数后，按照系统默认的内置报表模板导出报表，系统可提供多种导出格式，包括Excel、Pdf、Word，及图形格式等。
本方案中主机程序的软件开发流程如图8所示。
一种土体位移与地下水位的监测方法，所述监测方法基于上述的一体化监测装置。
当需要监测土体位移时，关闭水位监测总开关52，所述土体位移的监测方法包括如下步骤：
步骤a1：根据工程现场情况确定要埋入的测量管的长度，当测量管的长度大于测斜管体2的长度时，选择多节测斜管体2，相邻两节测斜管体2通过套筒3和螺丝32连接，必要时对一端或两端的测斜管体2进行截取，获得所需长度的测量管，将测量管两端用盖密封后埋入设计的监测孔内。
本步骤中，要将测量管埋设一段时间，使其内部的水位和其外部的水位平齐再进行测量。埋设一段时间后，测量管也才能发生由土体位移导致的形变。
步骤a2：确定选用从管底开始测量或从管口开始测量，当选用从管底开始测量时，在测量前将所述探头本体伸入测量管中，使探头本体接触测量管底，当选用从管口开始测量时，在测量前使探头本体接触测量管口。
本步骤中，打开所述测量管上端的封盖以伸入探头本体，从管底开始测量的，在测量前将探头本体的滑轮组42沿着内部导槽滑至管底。
步骤a3：在所述主机上按设定的程序要求输入参数。
本步骤中，在触控屏幕进行数据输入和调取操作，按要求输入的参数包括但不限于所在工区区号、测量孔的孔号、监测日期。如果是首次测量，需要输入孔深，孔深可以通过线缆1上的刻度读取得到，较佳的，线缆1上的刻度为5m的倍数。如果非首次测量，孔深可以通过调用数据库自动获取，点击确认即完成了测斜孔信息的录入，此时可开始测量。
步骤a4：带动线缆1使探头本体移动设定距离后停止，按照所述主机上的指示操作，使所述主机录入此次测量值。
本步骤中，如果是从管底开始测量，则往上拉动线缆1，如果是从管口开始测量，则往下放线缆1。线缆1上相邻塑料卡扣之间的线缆1长度是固定的，为0.5m，因此，带动线缆1过程中，通过塑料卡扣进行定位。
测量过程中，当探头所在深度数据稳定后，点击确认按钮63或者屏幕上的确认键，就获取到了当前深度上的测量值，主机完成本次测量后再继续带动线缆1移动。
步骤a5：重复步骤a4，使探头本体在测量管内继续同向移动至完成整根测量管的测量。
上述探头的测量方向可视为正测。
步骤a6：将探头旋转180°后伸入测量管底或置于管口，重复步骤a4和步骤a5，完成测量。
完成一个方向的测量后，所述主机触控屏幕上会提示操作者开始获取反测数据，这时需要将探头本体旋转180°再次放入测量管底部，与正测方式相同获取反测数据。当为从管底开始测量时，则将探头旋转180°后伸入测量管底，当为从管口开始测量时，则将探头旋转180°后置于管口。
在测量中如果遇到数据输入错误，比如数据未稳定就点击确认，或者获取数据的位置错误，可以利用删除功能将错误的数据删除，重新录入，在交互界面输入数据错误的深度，点击删除按钮64即可，这时可以调整探头所在的位置，重新获取正确的数据。
在反测过程中，程序会调用数据库中往期监测数据来计算地下土体的本次形变量和累计形变量，在获取完某一深度上数据的获取后，在终端界面的表格上就会显示当前深度上的本次和累计形变量，相对应深度的形变折线图也会在图表栏内显示，最后测量完成后会显示出完整的形变折线图。
当从管口开始测量时，首先用全站仪测量出测量管口的坐标，将其输入到终端程序内，和从管底开始测量一样，输入测量管的信息，即可开始测量。从管口处获得第一个数据后，依次每下放0.5m，获取一个数据，直到探头滑至测量管最底部，完成正测后，同样调转探头180°再次从管口处开始反测。测量管内通常是两组相互垂直内部导槽，当获取完一组测量值后，终端会提示开始第二组数据的获取，即反侧数据，用同样的方法，获取第二组测量值数据即可。删除错误数据方式与从管底开始测量使用的方法一致。
当需要监测地下水位时，在触控屏幕上进行操作，选择水位测量，以使屏幕上显示水位测量界面，打开水位监测总开关52，所述地下水位的监测方法为：选择双向开关53连接电压表54，或者连接扬声器55和/或指示灯56，将所述探头本体伸入管内，当电压表54指针发生偏转，或者扬声器55发出声音和/或指示灯56亮灯，停止移动线缆1，并读取线缆1上的刻度读数，即为地下水位信息。将读数输入到终端水位测量对应的位置，终端会调用数据库内的水位数据，显示本次变化累计变化值，绘制相对应的水位变化折线图，以及本次测量一定时间(如一周)范围内水位测值变化折线图。
完成测量后，保存数据，计算过程中的重要中间值，形变结果数据，生成的各个折线图，都会保存在相对应的数据库中，用于之后测量时调用，根据使用者的需求，自动生成相应格式的监测结果报表，实现内外业一体化，数据和报表均可由USB接口62导出供技术人员参考。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种土体位移与地下水位的一体化监测装置，其特征在于，包括测量管和监测仪，所述测量管包括至少一节测斜管体(2)，测斜管体(2)为中空管，测斜管体(2)上设有至少一组滤水孔组，每组滤水孔组包括至少一个滤水孔(21)，滤水孔(21)内填充有过滤部件，外部水通过过滤部件进入测斜管体(2)内，所述监测仪包括探头本体和与探头本体电连接的主机，探头本体包括加速度计、加速度计外壳(41)、水位监测传感器(43)和传感器保护壳(44)，加速度计位于加速度计外壳(41)内，加速度计和所述主机通过线缆(1)电连接，传感器保护壳(44)连接在加速度计外壳(41)的一端，水位监测传感器(43)位于传感器保护壳(44)内，水位监测传感器(43)和所述主机通过至少一根信号线电连接，所述信号线包裹在线缆(1)内，所述探头本体可伸入测斜管体(2)内。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：过滤部件通过滤水盖(22)安装在滤水孔(21)内，每个滤水孔(21)上可拆卸地安装一滤水盖(22)，滤水盖(22)上设有通孔，过滤部件填充在滤水盖(22)内。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述测量管包括多节测斜管体(2)时，相邻两节测斜管体(2)通过套筒(3)和螺丝(32)连接，相邻两节测斜管体(2)的一端位于同一个套筒(3)内，套筒(3)上有多个螺孔，螺丝(32)穿过螺孔后压紧在测斜管体(2)上，每个测斜管体(2)通过多个螺丝(32)连接套筒(3)。
4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：线缆(1)上设有刻度。
5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括水位监测电路，水位监测电路包括主路线和两条并联的支路线，主路线上安装有水位监测传感器(43)、电源(51)和水位监测总开关(52)，一条支路线上安装有电压表(54)、另一条支路线上安装有扬声器(55)和/或指示灯(56)，主路线的一端同时连接两条支路线的一端、主路线的另一端通过双向开关(53)可切换地连接两条支路线的另一端。
6.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述主机包括微电脑和触控屏幕，加速度计、水位监测传感器(43)、触控屏幕均和微电脑电连接，微电脑接收加速度计、水位监测传感器(43)发送的信息，并将接收到的信息按照设定的程序进行处理，操作人员通过触控屏幕输入信息，触控屏幕显示微电脑接收和处理的数据信息。
7.一种土体位移与地下水位的监测方法，其特征在于，所述监测方法基于权利要求1～6任一所述的一体化监测装置，当需要监测土体位移时，关闭水位监测总开关(52)，所述土体位移的监测方法包括如下步骤：
步骤a1：根据工程现场情况确定要埋入的测量管的长度，当测量管的长度大于测斜管体(2)的长度时，选择多节测斜管体(2)，相邻两节测斜管体(2)通过套筒(3)和螺丝(32)连接，必要时对一端或两端的测斜管体(2)进行截取，获得所需长度的测量管，将测量管两端用盖密封后埋入设计的监测孔内；
步骤a2：确定选用从管底开始测量或从管口开始测量，当选用从管底开始测量时，在测量前将所述探头本体伸入测量管中，使探头本体接触测量管底，当选用从管口开始测量时，在测量前使探头本体接触测量管口；
步骤a3：在所述主机上按设定的程序要求输入参数；
步骤a4：带动线缆(1)使探头本体移动设定距离后停止，按照所述主机上的指示操作，使所述主机录入此次测量值；
步骤a5：重复步骤a4，使探头本体在测量管内继续同向移动至完成整根测量管的测量；
步骤a6：将探头旋转180°后伸入测量管底或置于测量管口，重复步骤a4和步骤a5，完成测量；
当需要监测地下水位时，打开水位监测总开关(52)，所述地下水位的监测方法为：选择双向开关(53)连接电压表(54)，或者连接扬声器(55)和/或指示灯(56)，将所述探头本体伸入管内，当电压表(54)指针发生偏转，或者扬声器(55)发出声音和/或指示灯(56)亮灯，停止移动线缆(1)，并读取线缆(1)上的刻度读数，即为地下水位信息。
8.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：步骤a1获得的测量管的最低端1米内不开设滤水孔；上部管口处也不开设滤水孔。
9.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：步骤a2中在所述主机上按要求输入的参数包括但不限于所在工区区号、测量孔的孔号、监测日期、测量深度。
10.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：当选用从管口开始测量时，首先用全站仪测量出测量管口的坐标，步骤a3中输入的信息包括测量管口的坐标。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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