CN209945499U - 一种基于电容器的地下水位变化观测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及地下水位观测技术领域，特别是指一种基于电容器的地下水位变化观测装置，包括有盒体、电容器、波纹管和螺旋管。所述电容器包括有上级板和下极板，所述上极板固定于所述盒体内的顶部且与盒体绝缘，所述下极板所述盒体底部之间连接有所述弹簧，且弹簧与下极板绝缘；所述波纹管上端密封，且波纹管上端连接所述下极板的底面并与下极板绝缘，波纹管下端密封连接于盒体内的底面，所述螺旋管一端穿过盒体与波纹管连通；所述上极板和下极板均连接有导线，且导线引出于盒体外。测量时，并且采用阻抗测试仪测出电容器不同时刻的容抗值，再通过相应的公式换算出地下水位的变化，可即能够更为准确的研究在施工过程中地下水位的实时变化规律。
Description
技术领域
本实用新型涉及地下水位观测技术领域，特别是指一种基于电容器的地下水位变化观测装置。
背景技术
在进行基坑降水或采用固结排水法进行地基处理时往往涉及到地下水位的观测。地下水位的变化直接影响着基坑开挖时周边环境的沉降大小，并间接影响到采用固结排水法进行地基处理时固结度的计算，及时而精确地对地下水位进行观测，可以很好的用来调整设计及施工参数，以尽可能的减小基坑开挖带来的环境影响及固结度的精确计算。因此，地下水位的测量只能在现场进行。
目前，工程上普遍采用的现场地下水位观测方法，是在地下水位监测的设计位置处使用钻机钻孔至设计深度，用水冲洗沉渣后，将制作好的水位管放入孔中，钻孔与管间用砂子回填至过滤段，再用黏土填充，水位管管口应高出地面1000mm以上并安装管口盖以防地表水及杂物进入管内。水位测量时采用钢尺水位仪读出钢尺电缆在管口处的读数，即为水位管内水位至管口的距离，再由水准仪测量出管口高程，进而换算成地下水位高程的变化。这种地下水位观测方法在实际应用中常出现一些问题，例如：
一是受施工影响，水位管高出地面的部分容易受到破坏，施工现场一些杂物容易进入水位管而造成堵塞，妨碍水位的测量；
二是受土压力影响，在土体内部由于土体开挖等一些因素造成水位管周围土压力产生变化，使得水位管沿土层深度有不同程度的弯折，钢尺水位仪探头进入水位管时钢尺电缆会受到水位管弯折的影响，造成读数不准确，影响水位的真实值；
三是测量不便且钢尺水位仪易受到人为和自然因素影响而损坏，更换仪器又将产生一定的费用，不够经济，另外钢尺水位仪为刻度读数，读数时人为误差大。
以上问题的存在导致水位测量时不够准确，并且具有被破坏的风险，从而容易影响对工程的评价结果。
发明内容
本实用新型提供一种基于电容器的地下水位变化观测装置，以克服现有地下水位观测装置在测量时容易容易受到破坏问题。
本实用新型采用如下技术方案：一种基于电容器的地下水位变化观测装置，其特征在于：包括有盒体、电容器、波纹管、螺旋管和弹簧，所述电容器包括有上级板和下极板，所述上极板固定于所述盒体内的顶部且与盒体绝缘，所述下极板所述盒体底部之间连接有所述弹簧，且弹簧与下极板绝缘；所述波纹管上端密封，且波纹管上端连接所述下极板的底面并与下极板绝缘，波纹管下端密封连接于盒体内的底面，所述螺旋管一端穿过盒体与波纹管连通；所述上极板和下极板均连接有导线，且导线引出于盒体外。
作为进一步的改进，所述导线延伸出所述盒体外的部分包裹有塑料管，且该塑料管一端盒体密封连接。
作为进一步的改进，所述塑料管相对所述盒体的另一端的管口连接有端盖。
作为进一步的改进，所述螺纹管相对所述盒体的另一端的管口固定有透水膜。
由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：本实用新型的主体安装于地面以下，在施工期间进行水位观测时，可避免受到破坏。并且采用阻抗测试仪测出不同时刻的容抗值，再通过相应的公式换算出地下水位的变化，使观测时方便简单，且能够更为准确的研究在施工过程中地下水位的实时变化规律。
附图说明
图1为本实用新型安装于路面下的剖面示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。
一种基于电容器的地下水位变化观测装置，包括有盒体2、电容器3、波纹管6、螺旋管9和弹簧5。
所述电容器3可以是现有技术中的一种两个平行金属板中间夹上一层绝缘物质组成的平行板电容器，此两金属板分别为上极板31和下极板32，所述上极板31通过粘贴绝缘胶4的方式固定于盒体2内的顶部，且本实施方式所采用的绝缘胶4可以是环氧树脂等绝缘粘接剂，以此连接方式使上极板31与盒体2绝缘。所述下极板32底面亦涂覆有一层绝缘胶4，且下极板32通过该绝缘胶4分别连接所述波纹管6和所述弹簧5，且下极板32和盒体2底部之间固定连接有四副劲度系数相同的弹簧5。
所述波纹管6上端与所述下极板32底面的绝缘胶4粘接，以此实现下极板32与波纹管6的绝缘连接，且下极板32的底面覆盖波纹管6的管口，使波纹管6上端的管口密封。波纹管6下端的管口同样以粘胶的方式连接至盒体2内的底部，以此实现波纹管6 内部的密封。所述螺旋管9一端穿入盒体2内且连通至波纹管6内，螺旋管9的另一端穿出所述盒体2外，并缠绕于盒体2的底部。具体的，盒体2底部设有一开口(示图未示)，螺旋管9沿此开口穿入盒体2，且此开口处做有隔水措施，用以防止地下水渗入盒体2内接触电容器3，所述防水措施可以是安装防水橡胶套使螺旋管9穿出，或在螺旋管9和此开口的接缝处沾粘粘接剂。通过上述波纹管6和螺旋管9的结构使低下水可从螺旋管9流入波纹管6内，从而利用水压将下极板32向上撑起，以改变下极板32和上极板31之间的间距，进而便于利用下述公式换算出不同时刻的地下水的水位。优选的，螺纹管9相对盒体2的另一端的管口还固定有透水膜10，此透水膜10的结构可将土体隔绝，防止土体进入螺旋管9造成堵塞而影响地下水观测的准确性。
上极板31和下极板32均连接有一条导线7，两导线7均引出至盒体2外，并且两导线7延伸出所述盒体2外的部分包裹有塑料管8。所述该塑料管8靠近盒体2一端与盒体2密封连接，其密封连接方式与上述隔水措施一样，通过此塑料管8的结构可防止地下水锈蚀导线7而影响观测精度。塑料管8相对盒体2的另一端的管口还连接有端盖 11，该端盖11用以密封塑料管8的管口，防止导线7末端长期暴露于空气外而受到损坏。
本实施例的具体安装方式：首先，采用钻机在路面1上的地下水位观测位置处钻孔至一定深度，再将盒体2下放至设计标高；然后，往钻机钻的孔洞回填中细砂，回填时需采用空心的导管将中细沙引入孔洞，同时边提升导管，该做法是为了保证在回填过程中不会破坏所埋设的装置；最后，取出端盖11，将导线7整理好并拉出塑料管8外，再将导线7连接至阻抗测量仪。
在依照上述方式安装本实施例的观测装置后，可采用如下观测方法进行测算：
步骤一：观测并用阻抗测试仪测出不同时间所对应的容抗值Xc；
步骤二：换算出不同时间所对应的地下水位高程；具体换算过程为：
a、根据阻抗公式：Xc＝1/(2πfC)，C＝εS/(4πkd)可得：d＝(fεXcS)/(2k)，
式中：Xc为电容器容抗，单位Ω；f为交流电频率，一般为50Hz；C为电容器电容，单位F；ε为空气中的介电常数，空气中εr＝ε/εr＝1，为真空中介电常数ε0，ε0≈8.86×10-12F/m；εr为相对介电常数；S为平行板正对面积，单位m2；k为静电力常量，取9.0×109N·m2/C；d为上极板31和下极板32的间距，单位m。
b、记录电容器3的上极板31和下极板32初始间距d0及弹簧5初始长度l0，降水后测出相对应的容抗Xct：
1、t时刻：
①根据dt＝(fεXcS)/(2k)算出实际间距dt，则Δdt＝dt-d0＝Δlt＝lt-l0。
②电容器3的下极板32所受力大小Ft：Ft＝4k0Δdt＝PtS1，Pt为电容器3的下极板32处的压强，Pa；S1为波纹管6与电容器3的下极板32所围的横截面面积，m2。
③根据压强公式：Pt＝ρght，得出ht。ht为地下水位至电容器3的下极板32高差， m；ρ为水的密度，kg/m3。
2、t+1时刻：
根据t时刻规律依次计算dt+1，Δdt+1，Ft+1，Pt+1，ht+1。
c、根据几何关系，地下水位变化高度Δh＝ht+1-ht+Δx，Δx为t时刻至t+1时刻弹簧5变形量，Δx＝Δdt+1-Δdt。
通过上述方法换算出不同时刻所对应的水位高程，即可得出地下水位随着时间的变化。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (4)
1.一种基于电容器的地下水位变化观测装置，其特征在于：包括有盒体、电容器、波纹管、螺旋管和弹簧，所述电容器包括有上极板和下极板，所述上极板固定于所述盒体内的顶部且与盒体绝缘，所述下极板所述盒体底部之间连接有所述弹簧，且弹簧与下极板绝缘；所述波纹管上端密封，且波纹管上端连接所述下极板的底面并与下极板绝缘，波纹管下端密封连接于盒体内的底面，所述螺旋管一端穿过盒体与波纹管连通；所述上极板和下极板均连接有导线，且导线引出于盒体外。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容器的地下水位变化观测装置，其特征在于：所述导线延伸出所述盒体外的部分包裹有塑料管，且该塑料管一端盒体密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于电容器的地下水位变化观测装置，其特征在于：所述塑料管相对所述盒体的另一端的管口连接有端盖。
4.根据权利要求1所述的一种基于电容器的地下水位变化观测装置，其特征在于：所述螺旋管相对所述盒体的另一端的管口固定有透水膜。
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|---|---|---|---|---|
| CN111521237A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-08-11 | 北京国利衡清洁能源科技(集团)有限公司 | 一种泥位探测装置 |
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| CN111521237A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-08-11 | 北京国利衡清洁能源科技(集团)有限公司 | 一种泥位探测装置 |
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