一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置與測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，包括透水管、浮塊、滑輪、帶有光源的高清攝像頭、導(dǎo)線、固定導(dǎo)線接口、指標(biāo)針、頂蓋、底蓋、外接顯示裝備、土工濾布。本發(fā)明還公開(kāi)了該裝置的測(cè)量方法，浮塊隨著地下水位的浮動(dòng)而帶動(dòng)帶有光源的高清攝像頭上下位移自由變化，每次測(cè)量時(shí)，將位于透水管外的外接顯示裝備通過(guò)導(dǎo)線與高清攝像頭連接，拍攝管內(nèi)指標(biāo)針?biāo)缚潭任恢茫瑥亩色@得負(fù)壓條件下的地下水位。本發(fā)明能夠精確測(cè)得負(fù)壓條件下的真實(shí)地下水位，避免了傳統(tǒng)敞口測(cè)量的誤差，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、成本低廉、使用方便，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置與測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地下水位測(cè)試工具與方法，尤其涉及負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置與測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程領(lǐng)域，地下水位的測(cè)量有著不可替代的重要性，地下水位的變化一方面反映了地基加固的進(jìn)度，另一方面反映了加固方法的優(yōu)劣，所以真實(shí)、準(zhǔn)確的地下水位測(cè)量技術(shù)就顯的尤為重要。工程上用于地下水位的測(cè)試方法多采用常規(guī)的敞口式測(cè)管法，其所測(cè)得水位變化反映的實(shí)質(zhì)是大氣壓力作用下水位管濾管段各點(diǎn)水位降深的平均值。若針對(duì)真空預(yù)壓加固地基時(shí)地下水位的測(cè)量，每次測(cè)試過(guò)程中都需要打開(kāi)密封管口，這樣勢(shì)必會(huì)破壞管內(nèi)的密閉狀態(tài)，用該法測(cè)出的水位只能反映正常大氣壓下的相應(yīng)值，并不是負(fù)壓條件下地基中地下水位的真實(shí)值，而且真空預(yù)壓期間水位觀測(cè)次數(shù)越多，引起的誤差越大，所以常規(guī)地下水位測(cè)試方法并不適用于真空預(yù)壓條件下地下水位的測(cè)試要求。
[0003]在本發(fā)明之前，中國(guó)專利(專利申請(qǐng)?zhí)?201320244064.7)公開(kāi)了“一種真空預(yù)壓地下水位測(cè)量裝置”，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括埋在地基中的水位管和電阻式水位計(jì)，其中位于砂墊層下2m標(biāo)高以上的所述水位管是封閉的，水位管設(shè)有頂部密封蓋和底部密封蓋，電阻式水位計(jì)密封固定在所述水位管內(nèi)，并與讀數(shù)儀連接。但具有以下缺點(diǎn):(1)此裝置通過(guò)水位的變化影響其埋設(shè)在水位管中的電阻式水位器讀數(shù)的變化，間接地算出水位的變化，會(huì)存在較大的誤差；(2)水位管從管口至砂墊層以下2m范圍內(nèi)與周圍土體不連通，所以很難保證水位管內(nèi)外真空度一致，從而引起測(cè)量誤差。此外，中國(guó)專利(專利申請(qǐng)?zhí)?2009102326279.6 )還公開(kāi)了 “基于圖像視覺(jué)的水位測(cè)量系統(tǒng)和方法”，其結(jié)構(gòu)是采用浮子裝置，在其正上方安置CCD攝像頭對(duì)浮子進(jìn)行視頻采集，水位變化引起的浮子與CCD攝像頭距離的改變影響動(dòng)態(tài)圖像中浮子圖像面積；通過(guò)面積的變化得到浮子與CCD攝像頭的相對(duì)距離，測(cè)量出水位。該裝置避免了昂貴的水位傳感器，降低了成本，但是該裝置也存在以下問(wèn)題:(1)該裝置通過(guò)攝像頭與浮子之間距離的遠(yuǎn)近引起攝像面積的變化，間接測(cè)算出水位的變化，間接測(cè)算出的水位誤差會(huì)大于直接測(cè)量的誤差，而且在計(jì)算面積的時(shí)候會(huì)使測(cè)量誤差增加。(2)對(duì)于測(cè)量一直處于變化的水位，該裝置需要一定時(shí)間的測(cè)算，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的延遲，不適合實(shí)時(shí)測(cè)量。(3)對(duì)于水位驟然的大幅度變化，浮子的攝像面積也會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，數(shù)據(jù)的大幅度變化會(huì)造成計(jì)算的誤差增大，從而通過(guò)間接計(jì)算水位的結(jié)果誤差也會(huì)增大。(4)對(duì)于負(fù)壓條件下地下水位的測(cè)量，該裝置由于沒(méi)有密閉無(wú)法進(jìn)行應(yīng)用。(5)該裝置的測(cè)量時(shí)在水位管的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)浮子降升較大時(shí)，由于管內(nèi)沒(méi)有照明設(shè)備，會(huì)影響攝像效果，從而對(duì)面積的計(jì)算也會(huì)造成不精確的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有地下水位測(cè)量設(shè)備的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、成本低廉的負(fù)壓條件下可視化的直接測(cè)量地下水位的裝置和方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:包括透水管，所述透水管為中空結(jié)構(gòu)，全段埋于土中，透水管下端設(shè)有底蓋，透水管上端設(shè)有頂蓋，透水管側(cè)壁全部設(shè)有滲透孔，透水管側(cè)壁外部包裹土工濾布，測(cè)量時(shí)頂蓋埋設(shè)在密封膜之下；浮塊位于透水管內(nèi)部，透水管內(nèi)側(cè)壁縱向至少設(shè)置一條凹槽軌道，一滑輪嵌入所述凹槽軌道內(nèi)，所述滑輪與浮塊固定連接；凹槽軌道中的一條設(shè)有刻度，刻度以透水管上端為零點(diǎn)，帶有光源的高清攝像頭、指標(biāo)針固定于浮塊上端，所述帶有光源的高清攝像頭與指標(biāo)針?lè)较蛞恢?，均指向設(shè)有刻度的軌道；外接顯示裝備位于透水管外，測(cè)量時(shí)通過(guò)導(dǎo)線與帶有光源的高清攝像頭連接。
[0006]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述凹槽軌道總數(shù)為四條，沿透水管的內(nèi)壁圓周每隔90度設(shè)置一條，與凹槽軌道相對(duì)應(yīng)滑輪為四個(gè)。
[0007]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述四個(gè)滑輪設(shè)置高度相同。
[0008]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)線通過(guò)固定導(dǎo)線接口固定于頂蓋，所述固定導(dǎo)線接口位于頂蓋中央，透水管與頂蓋之間密封連接。
[0009]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述透水管直徑為90mm-100mm。
[0010]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述浮塊高度為20_25cm,直徑為 80_90mm。
[0011]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述指標(biāo)針采用輕質(zhì)材料聚苯乙烯，表面有熒光粉層。
[0012]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述帶有光源的高清攝像頭采用微距高清攝像頭，自帶LED光源。
[0013]前述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)利用成孔鉆機(jī)在工作區(qū)預(yù)定測(cè)點(diǎn)定位開(kāi)孔，將透水管全段埋入孔中，使透水管側(cè)壁全面的滲透孔全部埋設(shè)在密封膜之下；
(2)待透水管固定后，用高壓水沖洗透水管內(nèi)壁，防止土顆粒影響滑輪的上下自由滑動(dòng)；
(3)將帶有光源的高清攝像頭和指標(biāo)針固定于浮塊上端，調(diào)整高清攝像頭和指標(biāo)針?lè)较?，使高清攝像頭和指標(biāo)針均指向其中一個(gè)滑輪方向，放置浮塊進(jìn)入透水管，選擇指標(biāo)針?biāo)傅幕喦度朐O(shè)有刻度的凹槽軌道，其他滑輪相應(yīng)嵌入軌道中，留有導(dǎo)線在透水管內(nèi)，連接固定導(dǎo)線接口，安置頂蓋并密封頂蓋和透水管的連接處，在透水管外用導(dǎo)線連接固定導(dǎo)線接口，并將導(dǎo)線延伸至密封膜外，用于連接外接顯示裝備；
(4)地下水通過(guò)滲透孔進(jìn)入透水管，測(cè)量時(shí)將帶有光源的高清攝像頭與外接顯示裝備進(jìn)行連接，待透水管中地下水位及浮塊位置穩(wěn)定后，由外接顯示裝備讀出指標(biāo)針的讀數(shù)；
(5)在工作區(qū)之外確定基準(zhǔn)點(diǎn)，負(fù)壓施加前利用水準(zhǔn)儀測(cè)量透水管上端口的初始標(biāo)高/4,，再根據(jù)指標(biāo)針到水面的垂直距離I和指標(biāo)針初始讀數(shù)之可計(jì)算出初始地下水位H0=Hz0-h0-hz ；
(6)抽真空負(fù)壓施加過(guò)程中，浮塊隨著地下水位的變化而上下自由浮動(dòng)，帶動(dòng)指標(biāo)針和高清攝像頭同步浮動(dòng)，每次測(cè)量讀取指標(biāo)針讀數(shù)I及相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)透水管上端的高程/匕，電公式HfH-K可得出相應(yīng)的地下水位值私，根據(jù)測(cè)量頻率的要求，重復(fù)步驟(4)、(5)、
(6)從而獲得負(fù)壓條件下地下水位的實(shí)時(shí)變化值。
[0014]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果在于:1.測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，通過(guò)圖像直觀的測(cè)量地下水位，避免了間接測(cè)量帶來(lái)的誤差和繁瑣。2.密封性好，能夠快速、精確地獲取負(fù)壓條件下的地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，克服了常規(guī)地下水位觀測(cè)方法中泄露真空壓力的缺點(diǎn)。3.能夠真實(shí)的反應(yīng)負(fù)壓條件下地下水位變化情況，測(cè)得更加可靠的地下水位數(shù)據(jù)，可精確了解預(yù)壓區(qū)域的加固效果和工程進(jìn)展。
[0015]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
附圖1是本發(fā)明實(shí)施示意圖；
附圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中1-透水管、2-浮塊、3-滑輪、4-帶有光源的高清攝像頭、5-導(dǎo)線、6-固定導(dǎo)線接口、7_軌道、8_標(biāo)尺刻度、9_指標(biāo)針、10_頂蓋、11-底蓋、12-外接顯不裝備、13-滲透孔、14-土工濾布、15-密封膜。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
如圖1或圖2所示，本發(fā)明的一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，包括:透水管1、浮塊2、滑輪3、帶有光源的高清攝像頭4、導(dǎo)線5、固定導(dǎo)線接口 6、指標(biāo)針9、頂蓋10、底蓋11、外接顯示裝備12、土工濾布14。
[0018]其中，透水管1為中空結(jié)構(gòu)，全段埋于土中，透水管1下端設(shè)有底蓋11密封，，透水管1側(cè)壁全面設(shè)有滲透孔13，透水管1外壁由土工濾布14包裹，可讓地下水自由進(jìn)入透水管1中，透水管1上端設(shè)有頂蓋10密封，隔絕大氣，保持透水管1內(nèi)的負(fù)壓狀態(tài)，頂蓋10埋設(shè)在密封膜15之下。透水管1內(nèi)壁有條凹槽軌道7，凹槽軌道7總數(shù)為四條，沿透水管1的內(nèi)壁圓周每隔90度設(shè)置一條。浮塊2位于透水管1中，其中浮塊2四周布置四個(gè)滑輪3，四個(gè)滑輪3設(shè)置高度相同，每個(gè)滑輪3嵌入一個(gè)軌道7中，固定浮塊2的轉(zhuǎn)向，使浮塊2只能隨水位變化上下自由浮動(dòng)。帶有光源的高清攝像頭4、指標(biāo)針9固定于浮塊2上端，所述帶有光源的高清攝像頭4與指標(biāo)針9方向一致，均指向設(shè)有刻度的軌道7。外接顯示裝備12位于透水管1外，帶有光源的高清攝像頭4、外接顯示裝備12分別通過(guò)導(dǎo)線5與頂蓋10中央的固定導(dǎo)線接口 6相連接，外接顯示裝備12通過(guò)顯示帶有光源的高清攝像頭4拍攝的刻度讀取透水管1內(nèi)地下水位。
[0019]本實(shí)例中，透水管1直徑為90mm-100mm,浮塊2高度為20_25cm,直徑為80_90mm。帶有光源的高清攝像頭4、指標(biāo)針9固定于浮塊2上端，其中，指標(biāo)針9采用輕質(zhì)材料聚苯乙烯，表面有熒光粉層，有光源的高清攝像頭4采用微距高清攝像頭，自帶LED光源。
[0020]本發(fā)明的負(fù)壓條件下測(cè)量地下水位的可視化裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟:
(1)利用成孔鉆機(jī)在工作區(qū)預(yù)定測(cè)點(diǎn)定位開(kāi)孔，將透水管1全段埋入孔中，使透水管1側(cè)壁全面的滲透孔13全部埋設(shè)在密封膜15之下；
(2)待透水管1固定后，用高壓水沖洗透水管1內(nèi)壁，防止土顆粒影響滑輪3的上下自由滑動(dòng)； (3)將帶有光源的高清攝像頭4和指標(biāo)針9固定于浮塊2上端，調(diào)整高清攝像頭4和指標(biāo)針9方向，使高清攝像頭4和指標(biāo)針9均指向其中一個(gè)滑輪3方向，放置浮塊2進(jìn)入透水管1，選擇指標(biāo)針9所指的滑輪3嵌入設(shè)有刻度的凹槽軌道7，其他滑輪3相應(yīng)嵌入軌道7中，留有導(dǎo)線5在透水管1內(nèi)，連接固定導(dǎo)線接口 6，安置頂蓋10并密封頂蓋10和透水管
1的連接處，在透水管1外用導(dǎo)線5連接固定導(dǎo)線接口 6，并將導(dǎo)線1延伸至密封膜15外，用于連接外接顯示裝備12 ；
(4)地下水通過(guò)滲透孔13進(jìn)入透水管1，測(cè)量時(shí)將帶有光源的高清攝像頭4與外接顯示裝備12進(jìn)行連接，待透水管1中地下水位及浮塊2位置穩(wěn)定后，由外接顯示裝備12讀出指標(biāo)針9的讀數(shù)；
(5)在工作區(qū)之外確定基準(zhǔn)點(diǎn)，負(fù)壓施加前利用水準(zhǔn)儀測(cè)量透水管1上端口的初始標(biāo)高Hz0，再根據(jù)指標(biāo)針9到水面的垂直距離&和指標(biāo)針9初始讀數(shù)之可計(jì)算出初始地下水位 H0=Hz0-h0-hz ；
(6)抽真空負(fù)壓施加過(guò)程中，浮塊2隨著地下水位的變化而上下自由浮動(dòng)，帶動(dòng)指標(biāo)針9和高清攝像頭4同步浮動(dòng)，每次測(cè)量讀取指標(biāo)針9讀數(shù)&及相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)透水管1上端的高程尾,.，由公式可得出相應(yīng)的地下水位值私，根據(jù)測(cè)量頻率的要求，重復(fù)步驟(4)、(5)、(6)從而獲得負(fù)壓條件下地下水位的實(shí)時(shí)變化值。
[0021]本發(fā)明中涉及的未說(shuō)明部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)的，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:包括透水管，所述透水管為中空結(jié)構(gòu)，全段埋于土中，透水管下端設(shè)有底蓋，透水管上端設(shè)有頂蓋，透水管側(cè)壁全面設(shè)有滲透孔，透水管側(cè)壁外部包裹土工濾布，測(cè)量時(shí)頂蓋埋設(shè)在密封膜之下；浮塊位于透水管內(nèi)部，透水管內(nèi)側(cè)壁縱向至少設(shè)置一條凹槽軌道，一滑輪嵌入所述凹槽軌道內(nèi)，所述滑輪與浮塊固定連接；凹槽軌道中的一條設(shè)有刻度，刻度以透水管上端為零點(diǎn)，帶有光源的高清攝像頭、指標(biāo)針固定于浮塊上端,所述帶有光源的高清攝像頭與指標(biāo)針?lè)较蛞恢?均指向設(shè)有刻度的軌道；外接顯示裝備位于透水管外，測(cè)量時(shí)通過(guò)導(dǎo)線與帶有光源的高清攝像頭連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述凹槽軌道總數(shù)為四條，沿透水管的內(nèi)壁圓周每隔90度設(shè)置一條，與凹槽軌道相對(duì)應(yīng)滑輪為四個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述四個(gè)滑輪設(shè)置高度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)線通過(guò)固定導(dǎo)線接口固定于頂蓋，所述固定導(dǎo)線接口位于頂蓋中央，透水管與頂蓋之間密封連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述透水管直徑為90mm-100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述浮塊高度為20_25cm,直徑為80_90mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述指標(biāo)針采用輕質(zhì)材料聚苯乙烯，表面有熒光粉層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置，其特征在于:所述帶有光源的高清攝像頭采用微距高清攝像頭，自帶LED光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)壓條件下地下水位的可視化測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)利用成孔鉆機(jī)在工作區(qū)預(yù)定測(cè)點(diǎn)定位開(kāi)孔，將透水管全段埋入孔中，使透水管側(cè)壁全面的滲透孔全部埋設(shè)在密封膜之下； (2)待透水管固定后，用高壓水沖洗透水管內(nèi)壁，防止土顆粒影響滑輪的上下自由滑動(dòng)； (3)將帶有光源的高清攝像頭和指標(biāo)針固定于浮塊上端，調(diào)整高清攝像頭和指標(biāo)針?lè)较?，使高清攝像頭和指標(biāo)針均指向其中一個(gè)滑輪方向，放置浮塊進(jìn)入透水管，選擇指標(biāo)針?biāo)傅幕喦度朐O(shè)有刻度的凹槽軌道，其他滑輪相應(yīng)嵌入軌道中，留有導(dǎo)線在透水管內(nèi)，連接固定導(dǎo)線接口，安置頂蓋并密封頂蓋和透水管的連接處，在透水管外用導(dǎo)線連接固定導(dǎo)線接口，并將導(dǎo)線延伸至密封膜外，用于連接外接顯示裝備； (4)地下水通過(guò)滲透孔進(jìn)入透水管，測(cè)量時(shí)將帶有光源的高清攝像頭與外接顯示裝備進(jìn)行連接，待透水管中地下水位及浮塊位置穩(wěn)定后，由外接顯示裝備讀出指標(biāo)針的讀數(shù)； (5)在工作區(qū)之外確定基準(zhǔn)點(diǎn)，負(fù)壓施加前利用水準(zhǔn)儀測(cè)量透水管上端口的初始標(biāo)高/4,，再根據(jù)指標(biāo)針到水面的垂直距離I和指標(biāo)針初始讀數(shù)之可計(jì)算出初始地下水位H0=Hz0-h0-hz ； (6)抽真空負(fù)壓施加過(guò)程中，浮塊隨著地下水位的變化而上下自由浮動(dòng)，帶動(dòng)指標(biāo)針和高清攝像頭同步浮動(dòng)，每次測(cè)量讀取指標(biāo)針讀數(shù)Ai及相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)透水管上端的高程/匕，由公式九得出相應(yīng)的地下水位值私，根據(jù)測(cè)量頻率的要求，重復(fù)步驟(4)、(5)、(6)從而獲得負(fù)壓條件下地下水位的實(shí)時(shí)變化值。
【文檔編號(hào)】G01F23/66GK104316144SQ201410612230
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李平, 劉偉, 劉漢龍, 賴建英, 丁選明 申請(qǐng)人:河海大學(xué)