[发明专利]基于超声波负压的地下水位密封测量装置及其方法

说明书

本发明公开了基于超声波负压的地下水位密封测量装置，包括水位管、浮块、超声波发射器、超声波接收器、电源、触水开关、超声波信号输出端口、测距读数仪。本发明还公开了该装置的测量方法与计算方法，浮块随着地下水位的变化而变化，载设在浮块上的超声波发射装置发射超声波，被固定于水位管管口的超声波接收器所接受，在水位管外由超声波信号输出端口连接测距读数仪，由其内置芯片计算后，显示出地下水位位置。本发明能够精确测得负压条件下的真实地下水位，避免了传统敞口测量的误差，而且结构简单、抗干扰能力强、成本低廉、操作便捷，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种地下水位测试工具与方法，尤其涉及基于超声波的负压条件下地下水位的密封测量装置与测量方法。

背景技术

在岩土工程领域，地下水位的测量有着不可替代的重要性，真空负压软基加固中地下水位的变化过程是真空负压作用下渗流固结机理最直接、最重要的体现方式之一，地下水位的变化趋势、变化程度以及不同位置的变化表现都会直接影响土体在真空负压作用下加固的进度和加固方法的合理性。但是有关真空负压下地下水位的变化问题一直以来都存在较大的争议，难以得出一致结论的原因之一源自目前地下水位测量方法以及仪器的限制。工程上用于地下水位的测试方法多采用常规的敞口式测管法，其所测得水位变化反映的实质是大气压力作用下水位管滤管段各点水位降深的平均值，而且真空预压期间水位观测次数越多，引起的误差越大，所以常规地下水位测试方法并不适用于真空预压条件下地下水位的测试要求。

在本发明之前，中国专利(专利申请号：201310478672.9)公开了“一种适用于真空预压地基处理技术的地下水位测试装置及其使用方法”，结构特点是包括在软土地基中的水位管、发射片以及固定于水位管管口的透光片和手持的激光测距仪，密封整体水位管，裸露在外的水位管管口固定透光片，利用手持激光测距仪通过透光片测量水位管中随水位变化的发射片，以此来测出真空预压下的地下水位。该方法思路新型，理论可行，但是却忽略实际过程中的问题，存在以下不足：(1)水位管的埋设虽然是同轴连接，但是在真空预压的过程中，水位管会随土体发生水平位移，会使得漂浮在水位管中的发射片与管口的透光片不在同一竖直线上，从而影响到激光测距仪测量结果的精确性；(2)由激光测距仪的原理可知，在激光照射到一切非光滑的面都发生漫反射，这也要求了该装置在测量过程中的绝对垂直，然而实际过程中，发生水平位移的水位管很有可能对激光进行反射，从而导致测出的距离并不是地下水位的准确位置；(3)固定于水位管管端的透光片的内侧会阻碍管内水汽的蒸发，从而在透光片出冷凝形成水泡，鉴于真空预压加固期较长的缘故，透光片内侧会形成大量的水泡，这也会对激光测距仪发出的激光产生折射，改变激光方向影响到测量的结果。此外，中国专利(专利申请号：201520017360.2)还公开了“一种无线超声波水位计”，其结构是通过立柱固定位于水位面上的仪器盒，仪器盒下端超声波传感器向水面发射和接受超声波，并通过仪器盒顶端的射频天线对超声波信号进行传输和处理，利用超声波的反射原理对江河湖海的水位进行监测，避免了传统水文水位监测方法的弊端，但是如用于软基处理中的地下水位的监测则会存在以下缺点：(1)该装置接受和发射超声波的装置为一体装置，安装组合固然方便，但是如用于水位管中，发射的超声波很可能的会与管壁产生反射而避开了与水面的反射，从而会影响到所测结果的准确性；(2)因为该装置采用了无线电的传输方式，对续航能力有较高要求，如用于真空负压下地下水位的观测造价过高，性价比太低。

发明内容

为克服现有地下水位测量装置的不足和缺陷，本发明结合超声波技术提供一种结构更为简单，操作更方便，成本低廉的适用于真空负压下地下水位的密封测量装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种基于超声波负压的地下水位密封测量装置，包括水位管、浮块、超声波发射装置、超声波接收器、超声波信号输出端口、顶盖、底盖、测距读数仪、透水孔、土工滤布和密封膜。