本發(fā)明涉及地下水位現(xiàn)場測試領(lǐng)域，具體涉及針對真空預(yù)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(fā)明還涉及這種測量裝置的工作方法。

背景技術(shù)：

真空排水預(yù)壓法是一種有效的軟基處理技術(shù)，近年來得到了廣泛應(yīng)用，并與新工藝、新方法結(jié)合不斷得到改進(jìn)。負(fù)壓環(huán)境下地下水位變化規(guī)律是真空預(yù)壓理論研究的基礎(chǔ)性問題，其重要性在于：①地下水位變化是真空預(yù)壓加固機理研究的必要條件，水位升降與否會改變飽和區(qū)、非飽和區(qū)分布，進(jìn)而改變有效應(yīng)力分布，影響真空預(yù)壓加固效果；②計算水位之下的超靜孔隙水壓力時應(yīng)扣除靜水壓力，即必須知道地下水位。目前，支持真空預(yù)壓地下水位下降的占多數(shù)，也有學(xué)者認(rèn)為水位不變或上升。真空預(yù)壓地下水位測量技術(shù)不完善，無法獲得令人信服的負(fù)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(tǒng)的真空預(yù)壓地下水位測量方法是：先打設(shè)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，所得水位并不是負(fù)壓下的實際地下水位。對于傳統(tǒng)水位測法存在的不足，已有相當(dāng)數(shù)量的專利提出了改進(jìn)方案，包括各類機械式測量方法、電阻式測量方法及激光測距等方法，均可以做到在不開蓋的條件下測得負(fù)壓條件下水位管中的水位。

然而，準(zhǔn)確測到真空預(yù)壓的方法地下水位必須滿足一個前提條件，即埋設(shè)在地基中的水位管的結(jié)構(gòu)必須科學(xué)合理，使管中水位能夠準(zhǔn)確地代表負(fù)壓環(huán)境下地基中的水位?，F(xiàn)有真空預(yù)壓地下水位測管內(nèi)部均為中空，且由不透水管段和濾管段組成，而采用真空預(yù)壓法處理的場地地下水位埋深常常較淺，若濾管段分布范圍較小（埋深過大），會使得管內(nèi)外流體交換緩慢，管中水位變化明顯滯后于土中水位，同時水位管頂部密封空間也容易出現(xiàn)密閉效應(yīng)；而水位管中空且上下連通,會使得濾管段范圍內(nèi)存在豎向提水作用,且濾管段分布范圍越大、真空度變化越劇烈,管內(nèi)水位就越容易在豎向提水作用下高于土中水位。目前工程上所采取的調(diào)整濾管段分布的做法并不能夠消除上述密閉作用和豎向提水作用，換句話說，將現(xiàn)有的上下貫通的密閉段和濾管段相結(jié)合的上下貫通的中空式水位管結(jié)構(gòu)放在在負(fù)壓環(huán)境下的地基中，管內(nèi)水位不能夠準(zhǔn)確代表土中水位,即使準(zhǔn)確無誤地測到管中水位，也并不一定是真空預(yù)壓地基處理的地下水位值。而現(xiàn)有真空預(yù)壓地下水位測量改進(jìn)方案大都忽略了上述問題，極少關(guān)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(fā)明改進(jìn)了水位管結(jié)構(gòu)并提出了相應(yīng)的測量方法，提出一種能夠反映并獲取負(fù)壓狀態(tài)下的地下水位的設(shè)備和其操作方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決真空預(yù)壓地下水位測量中存在的密閉效應(yīng)及豎向提水作用等技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種隔室攝像式地下水位測量裝置，采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并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(yù)壓地下水位，同時測量過程不會對負(fù)壓環(huán)境產(chǎn)生改變，完全滿足真空預(yù)壓地下水位測量的基本要求。本發(fā)明還將提供這種水位測量裝置的工作方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置，包括水位管及測量設(shè)備，埋入地下的水位管包裹無紡?fù)凉げ?，其特征在于：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(shè)備包括標(biāo)尺數(shù)據(jù)線及其端部的攝像頭，該攝像頭在不透水管腔內(nèi)隨標(biāo)尺數(shù)據(jù)線上、下移動以觀測所述濾管腔中的水位。

本發(fā)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(shù)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(jìn)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，并避免了不透水管段的密閉效應(yīng)；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采集到濾管腔隔室中的水位圖像視頻信息。

本發(fā)明有以下優(yōu)化方案：

所述水位管在密封膜之上全部為不透水管段，濾管腔起始于密封膜下，水位管埋設(shè)深度為6m~10m，具體埋深視現(xiàn)場水文地質(zhì)條件而定；水位管內(nèi)徑為8cm~12cm。

所述隔室豎向尺寸為20cm~30cm，且每個隔室內(nèi)部均有數(shù)個小的浮標(biāo)，可以漂浮于水面，作為液位識別的標(biāo)記物；當(dāng)水全部充滿隔室時，浮標(biāo)全部位于該隔室上隔板的下表面，當(dāng)隔室中沒有水時，浮標(biāo)全部位于該隔室下隔板的上表面。所用浮標(biāo)直徑應(yīng)稍大于濾管腔側(cè)壁透水小孔，每個隔室中浮標(biāo)數(shù)量為3~5個。

所述標(biāo)尺數(shù)據(jù)線卷收于水位管上方的收放器上，所述攝像頭固定在該標(biāo)尺數(shù)據(jù)線下端，隨著該標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的收放而升降；所述攝像頭帶有光源和水平零刻度線，并作為所述標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的起點，通過數(shù)據(jù)線收放器連接攝像顯示屏后，能夠?qū)崟r捕捉所述透明有機玻璃隔板另一側(cè)的濾管腔內(nèi)各個隔室中的圖像視頻信息；收放標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的同時，可以在顯示屏上尋找管中水位的具體位置，當(dāng)攝像頭零刻度線與水位重合時，標(biāo)尺數(shù)據(jù)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(dǎo)槽對應(yīng)，保證攝像頭在所述不透水管腔內(nèi)上下移動時不發(fā)生旋轉(zhuǎn)；所述攝像頭帶有光源和水平零刻度線，并作為所述標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的起點，通過數(shù)據(jù)線收放器連接攝像顯示屏后，能夠?qū)崟r捕捉所述透明有機玻璃隔板另一側(cè)的濾管腔內(nèi)各個隔室中的圖像視頻信息，收放標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的同時，可以在顯示屏上尋找管中水位的具體位置，當(dāng)攝像頭零刻度線與水位重合時，標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的刻度即為地下水位與頂蓋的距離。

所述標(biāo)尺數(shù)據(jù)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(cè)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(dāng)?shù)孛嬉陨系墓芏未嬖诟舭迩颐芊廨^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(fù)壓環(huán)境下正常工作時，不透水管腔中不產(chǎn)生負(fù)壓且沒有水滲入。

完成本申請第二個發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置的工作方法，其特征在于，步驟如下：

(1).鉆孔埋設(shè)水位管前，根據(jù)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并位于密封膜之下；檢查不透水管腔的氣密性是否良好，并將濾管腔分布范圍（即密封膜下的所有管長范圍）全部包裹無紡?fù)凉げ迹?/p>

(2).將水位管垂直埋入鉆孔中，穿出密封膜的位置進(jìn)行密封處理，并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，并檢查不透水管腔一側(cè)密封是否良好;

(4).將攝像頭通過標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的收放器與攝像顯示屏連接，打開攝像頭光源；通過導(dǎo)槽將帶有定位滑輪的攝像頭的鏡頭側(cè)面向透明有機玻璃隔板，使用標(biāo)尺數(shù)據(jù)線下放攝像頭，并觀察攝像顯示屏，至攝像頭的水平零刻度線與濾管腔中的水位線重合時（水位線必定位于濾管腔的某個隔室中,且有浮標(biāo)），人工讀取位于頂蓋處的標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的刻度，即為地下水位與頂蓋之間的距離；

(5).測畢后，通過收放器收起標(biāo)尺刻度線，取出攝像頭，并密封頂蓋。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果包括：將水位管等分為不透水管腔和濾管腔后，水位管地下埋深范圍內(nèi)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(jìn)行水流交換，且不存在由密閉管段帶來的密閉效應(yīng)，以及由上下貫通的濾管段帶來的豎向提水效應(yīng)，因此，位于水位管濾管腔中的水位能夠代表真實的負(fù)壓環(huán)境中的地下水位。采用攝像技術(shù)透過透明的有機玻璃隔板尋找水位線，通過讀取標(biāo)尺數(shù)據(jù)線的刻度測量水位深度，測量過程不會使負(fù)壓環(huán)境產(chǎn)生改變，完全滿足真空預(yù)壓地下水位測量的基本要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；

圖2是本發(fā)明一種隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置橫截面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明一種隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置局部結(jié)構(gòu)詳圖。

圖中：1、攝像頭，2、標(biāo)尺數(shù)據(jù)線，3、收放器，4、攝像顯示屏，5、頂蓋，6、不透水管腔，7、導(dǎo)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(biāo)，13、無紡?fù)凉げ迹?4、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(yù)壓地下水位測量裝置及其工作方法，如圖1所示，本發(fā)明的地下水位測量裝置包括水位管及帶有攝像頭的視頻采集測量設(shè)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(shù)十個互不連通的小隔室10，每個隔室均可以透過濾管側(cè)壁與其周圍土層進(jìn)行水流交換；帶有滑輪的攝像頭1位于標(biāo)尺數(shù)據(jù)線2的起始端，通過導(dǎo)槽7定位，放入不透水管腔6中，當(dāng)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，讀取位于頂蓋5處標(biāo)尺數(shù)據(jù)線2的刻度，即為地下水位17離管頂?shù)木嚯x。水位管埋深范圍內(nèi)全部分布有濾管腔9，獨特的分腔隔室結(jié)構(gòu)消除了現(xiàn)有真空預(yù)壓地下水位測量裝置存在的密閉效應(yīng)和豎向提水效應(yīng)，管中水位能夠代表真空預(yù)壓地下水位，并且測量過程不會使負(fù)壓環(huán)境產(chǎn)生改變，完全滿足真空預(yù)壓地下水位測量的基本要求。具體實施方式如下：

1）根據(jù)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的起始埋深緊靠并位于密封膜14之下；檢查不透水管腔6的氣密性是否良好，并將濾管腔9分布范圍（即密封膜下的所有管長范圍）全部包裹無紡?fù)凉げ?3；

2）將水位管垂直埋入鉆孔中，穿出密封膜14的位置進(jìn)行密封處理，并使用頂蓋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，并檢查不透水管腔6一側(cè)密封是否良好;

4）將攝像頭1通過標(biāo)尺數(shù)據(jù)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(dǎo)槽7將帶有定位滑輪的攝像頭的鏡頭側(cè)面向透明有機玻璃隔板8，使用標(biāo)尺數(shù)據(jù)線2下放攝像頭1，并觀察攝像顯示屏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（水位線必定位于濾管腔9的某個隔室10中，且有浮標(biāo)12），人工讀取位于頂蓋5處的標(biāo)尺數(shù)據(jù)線2的刻度，即為地下水位17與頂蓋5之間的距離；

(5).測畢后，密封頂蓋5。

再次測量重復(fù)1）~5）即可。本發(fā)明所述的一種隔室攝像式真空預(yù)壓地下水位測量裝置采用獨特的分腔隔室結(jié)構(gòu)，并使用視屏攝像結(jié)合標(biāo)尺的測量方法，消除了現(xiàn)有真空預(yù)壓地下水位測量裝置密閉管段帶來的密閉效應(yīng)以及由上下貫通的濾管段帶來的豎向提水效應(yīng)，使管中水位能夠代表真空預(yù)壓地下水位，并且測量過程不會使負(fù)壓環(huán)境產(chǎn)生改變，完全滿足真空預(yù)壓地下水位測量的基本要求。