隔室攝像式地下水位測量裝置及其工作方法與流程
2023-10-09 05:31:34 1
本發明涉及地下水位現場測試領域，具體涉及針對真空預壓軟基處理中地下水位測試的一種隔室攝像式地下水位測量裝置。本發明還涉及這種測量裝置的工作方法。
背景技術：
真空排水預壓法是一種有效的軟基處理技術，近年來得到了廣泛應用，並與新工藝、新方法結合不斷得到改進。負壓環境下地下水位變化規律是真空預壓理論研究的基礎性問題，其重要性在於：①地下水位變化是真空預壓加固機理研究的必要條件，水位升降與否會改變飽和區、非飽和區分布，進而改變有效應力分布，影響真空預壓加固效果；②計算水位之下的超靜孔隙水壓力時應扣除靜水壓力，即必須知道地下水位。目前，支持真空預壓地下水位下降的佔多數，也有學者認為水位不變或上升。真空預壓地下水位測量技術不完善，無法獲得令人信服的負壓條件下地下水位原位測試資料是存在觀點分歧的根本原因。
傳統的真空預壓地下水位測量方法是：先打設水位管，再用水位計測量。然而這種方法觀測水位時要將蓋子取下，使之與大氣連通，將改變水位測管中的水位，所得水位並不是負壓下的實際地下水位。對於傳統水位測法存在的不足，已有相當數量的專利提出了改進方案，包括各類機械式測量方法、電阻式測量方法及雷射測距等方法，均可以做到在不開蓋的條件下測得負壓條件下水位管中的水位。
然而，準確測到真空預壓的方法地下水位必須滿足一個前提條件，即埋設在地基中的水位管的結構必須科學合理，使管中水位能夠準確地代表負壓環境下地基中的水位。現有真空預壓地下水位測管內部均為中空，且由不透水管段和濾管段組成，而採用真空預壓法處理的場地地下水位埋深常常較淺，若濾管段分布範圍較小（埋深過大），會使得管內外流體交換緩慢，管中水位變化明顯滯後於土中水位，同時水位管頂部密封空間也容易出現密閉效應；而水位管中空且上下連通,會使得濾管段範圍內存在豎向提水作用,且濾管段分布範圍越大、真空度變化越劇烈,管內水位就越容易在豎向提水作用下高於土中水位。目前工程上所採取的調整濾管段分布的做法並不能夠消除上述密閉作用和豎向提水作用，換句話說，將現有的上下貫通的密閉段和濾管段相結合的上下貫通的中空式水位管結構放在在負壓環境下的地基中，管內水位不能夠準確代表土中水位,即使準確無誤地測到管中水位，也並不一定是真空預壓地基處理的地下水位值。而現有真空預壓地下水位測量改進方案大都忽略了上述問題，極少關注水位管中的水位是否能夠代表真正的地下水位。為此，本發明改進了水位管結構並提出了相應的測量方法，提出一種能夠反映並獲取負壓狀態下的地下水位的設備和其操作方法。
技術實現要素：
為解決真空預壓地下水位測量中存在的密閉效應及豎向提水作用等技術問題，本發明提供了一種隔室攝像式地下水位測量裝置，採用豎向透明有機玻璃隔板將水位管等分為兩個半圓柱空間，其中濾管腔豎向分割為小段的隔室並通過濾管與地基水位連通，不透水管腔提供攝像頭的工作空間，水位管中水位能夠代表真空預壓地下水位，同時測量過程不會對負壓環境產生改變，完全滿足真空預壓地下水位測量的基本要求。本發明還將提供這種水位測量裝置的工作方法。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置，包括水位管及測量設備，埋入地下的水位管包裹無紡土工布，其特徵在於：所述水位管由透明材料隔板豎向分為兩個半圓柱空間，一半為上下連通的不透水管腔，另一半為允許透水的濾管腔；所述濾管腔被半圓形濾管腔隔板劃分為一列豎向互不連通的小隔室；所述測量設備包括標尺數據線及其端部的攝像頭，該攝像頭在不透水管腔內隨標尺數據線上、下移動以觀測所述濾管腔中的水位。
本發明的不透水管腔與濾管腔之間通過透明有機玻璃隔板隔離，且互不連通；透水管腔豎向不連通，且被分割為數十個小隔室，每個隔室均可以與其同深度的土層通過濾管在水平方向進行流體交換，且不會受相鄰隔室的直接影響，消除了水位管濾管段的豎向提水作用，並避免了不透水管段的密閉效應；不透水管腔作為攝像頭的工作空間，使之可以通過透明有機玻璃隔板採集到濾管腔隔室中的水位圖像視頻信息。
本發明有以下優化方案：
所述水位管在密封膜之上全部為不透水管段，濾管腔起始於密封膜下，水位管埋設深度為6m~10m，具體埋深視現場水文地質條件而定；水位管內徑為8cm~12cm。
所述隔室豎向尺寸為20cm~30cm，且每個隔室內部均有數個小的浮標，可以漂浮於水面，作為液位識別的標記物；當水全部充滿隔室時，浮標全部位於該隔室上隔板的下表面，當隔室中沒有水時，浮標全部位於該隔室下隔板的上表面。所用浮標直徑應稍大於濾管腔側壁透水小孔，每個隔室中浮標數量為3~5個。
所述標尺數據線卷收於水位管上方的收放器上，所述攝像頭固定在該標尺數據線下端，隨著該標尺數據線的收放而升降；所述攝像頭帶有光源和水平零刻度線，並作為所述標尺數據線的起點，通過數據線收放器連接攝像顯示屏後，能夠實時捕捉所述透明有機玻璃隔板另一側的濾管腔內各個隔室中的圖像視頻信息；收放標尺數據線的同時，可以在顯示屏上尋找管中水位的具體位置，當攝像頭零刻度線與水位重合時，標尺數據線的刻度即為地下水位與頂蓋的距離。
所述攝像頭兩端帶有定位滑輪，與所述不透水管腔中的導槽對應，保證攝像頭在所述不透水管腔內上下移動時不發生旋轉；所述攝像頭帶有光源和水平零刻度線，並作為所述標尺數據線的起點，通過數據線收放器連接攝像顯示屏後，能夠實時捕捉所述透明有機玻璃隔板另一側的濾管腔內各個隔室中的圖像視頻信息，收放標尺數據線的同時，可以在顯示屏上尋找管中水位的具體位置，當攝像頭零刻度線與水位重合時，標尺數據線的刻度即為地下水位與頂蓋的距離。
所述標尺數據線精度為1mm，即水位測量裝置的精度為1mm。
所述水位管頂部有頂蓋密封，測量時，所述頂蓋在不透水管腔一側可以打開，允許將所述攝像頭放入所述不透水管腔。實際上，當地面以上的管段存在隔板且密封較好，同時透明有機玻璃隔板能夠有效隔離濾管腔和不透水管腔時，有、無密封頂蓋均能使水位管的密封良好。密封良好的水位管在負壓環境下正常工作時，不透水管腔中不產生負壓且沒有水滲入。
完成本申請第二個發明任務的技術方案是，上述隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置的工作方法，其特徵在於，步驟如下：
(1).鑽孔埋設水位管前，根據地下水位的初始埋深確定管長，地上部分全部為不透水管段，濾管腔的起始埋深緊靠並位於密封膜之下；檢查不透水管腔的氣密性是否良好，並將濾管腔分布範圍（即密封膜下的所有管長範圍）全部包裹無紡土工布；
(2).將水位管垂直埋入鑽孔中，穿出密封膜的位置進行密封處理，並使用頂蓋將水位管頂端密封；
(3).水位測量時，打開不透水管腔一邊的頂蓋，並檢查不透水管腔一側密封是否良好;
(4).將攝像頭通過標尺數據線的收放器與攝像顯示屏連接，打開攝像頭光源；通過導槽將帶有定位滑輪的攝像頭的鏡頭側面向透明有機玻璃隔板，使用標尺數據線下放攝像頭，並觀察攝像顯示屏，至攝像頭的水平零刻度線與濾管腔中的水位線重合時（水位線必定位於濾管腔的某個隔室中,且有浮標），人工讀取位於頂蓋處的標尺數據線的刻度，即為地下水位與頂蓋之間的距離；
(5).測畢後，通過收放器收起標尺刻度線，取出攝像頭，並密封頂蓋。
與現有技術相比本發明具有的優點和有益效果包括：將水位管等分為不透水管腔和濾管腔後，水位管地下埋深範圍內全部有濾管分布，且濾管腔在豎向被隔室所分割，不同深度地基與水位管均可通過濾管進行水流交換，且不存在由密閉管段帶來的密閉效應，以及由上下貫通的濾管段帶來的豎向提水效應，因此，位於水位管濾管腔中的水位能夠代表真實的負壓環境中的地下水位。採用攝像技術透過透明的有機玻璃隔板尋找水位線，通過讀取標尺數據線的刻度測量水位深度，測量過程不會使負壓環境產生改變，完全滿足真空預壓地下水位測量的基本要求。
附圖說明
圖1是本發明一種隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置結構及工作原理示意圖；
圖2是本發明一種隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置橫截面結構圖；
圖3是本發明一種隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置局部結構詳圖。
圖中：1、攝像頭，2、標尺數據線，3、收放器，4、攝像顯示屏，5、頂蓋，6、不透水管腔，7、導槽，8、透明有機玻璃隔板，9、濾管腔，10、隔室，11、半圓形濾管腔隔板，12、浮標，13、無紡土工布，14、密封膜，15、砂墊層，16、軟土層，17、地下水位。
具體實施方式
實施例1，隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置及其工作方法，如圖1所示，本發明的地下水位測量裝置包括水位管及帶有攝像頭的視頻採集測量設備兩部分，埋入地下的水位管由豎向透明有機玻璃隔板8均分為兩個半圓柱空間，一半為上下連通的不透水管腔6，另一半為允許透水的濾管腔9；濾管腔9在豎向被半圓形濾管腔隔板11劃分為數十個互不連通的小隔室10，每個隔室均可以透過濾管側壁與其周圍土層進行水流交換；帶有滑輪的攝像頭1位於標尺數據線2的起始端，通過導槽7定位，放入不透水管腔6中，當攝像顯示屏4上顯示攝像頭1的零刻度線與濾管腔9中的地下水位17重合時，讀取位於頂蓋5處標尺數據線2的刻度，即為地下水位17離管頂的距離。水位管埋深範圍內全部分布有濾管腔9，獨特的分腔隔室結構消除了現有真空預壓地下水位測量裝置存在的密閉效應和豎向提水效應，管中水位能夠代表真空預壓地下水位，並且測量過程不會使負壓環境產生改變，完全滿足真空預壓地下水位測量的基本要求。具體實施方式如下：
1）根據地下水位的初始埋深確定管長，地上部分全部為不透水管段，濾管腔9的起始埋深緊靠並位於密封膜14之下；檢查不透水管腔6的氣密性是否良好，並將濾管腔9分布範圍（即密封膜下的所有管長範圍）全部包裹無紡土工布13；
2）將水位管垂直埋入鑽孔中，穿出密封膜14的位置進行密封處理，並使用頂蓋5將水位管頂端密封；
3）水位測量時，打開不透水管腔6一邊的頂蓋，並檢查不透水管腔6一側密封是否良好;
4）將攝像頭1通過標尺數據線2的收放器3與攝像顯示屏4連接，打開攝像頭光源；通過導槽7將帶有定位滑輪的攝像頭的鏡頭側面向透明有機玻璃隔板8，使用標尺數據線2下放攝像頭1，並觀察攝像顯示屏4，至攝像頭1的水平零刻度線與濾管腔9中的水位線重合時（水位線必定位於濾管腔9的某個隔室10中，且有浮標12），人工讀取位於頂蓋5處的標尺數據線2的刻度，即為地下水位17與頂蓋5之間的距離；
(5).測畢後，密封頂蓋5。
再次測量重複1）~5）即可。本發明所述的一種隔室攝像式真空預壓地下水位測量裝置採用獨特的分腔隔室結構，並使用視屏攝像結合標尺的測量方法，消除了現有真空預壓地下水位測量裝置密閉管段帶來的密閉效應以及由上下貫通的濾管段帶來的豎向提水效應，使管中水位能夠代表真空預壓地下水位，並且測量過程不會使負壓環境產生改變，完全滿足真空預壓地下水位測量的基本要求。