CN104196047A - 一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统及排水方法 - Google Patents

一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统及排水方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统和排水方法,特别适用于降雨丰富地区的堆积体边坡排水。所述的高扬程虹吸排水系统由自动排水系统与自动恢复系统组成。自动排水系统由虹吸排水孔、高扬程虹吸排水管、虹吸储水管等组成;自动恢复系统由集水盲沟、集水箱、灌水管、双向进出水阀等组成。利用扬程高于5m的高扬程虹吸排水系统,自动高效实时排出边坡内多余的地下水;利用自动恢复系统对自动排水系统进行逆向灌水启动虹吸,排出积累于虹吸管内的空气,保证正向虹吸系统的长期有效。该系统结构简单,无需动力,排水效果好,长期性好,适用性强,工程的维护费用低。

Description

一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统及排水方法
技术领域
[0001] 本发明属于边坡排水技术领域,具体涉及一种免动力的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统和排水方法,特别适用于降雨丰富地区的堆积土边坡排水。
背景技术
[0002] 降雨入渗引起边坡体地下水位上升,可能诱发滑坡灾害。及时排出坡体地下水,将坡内地下水位控制在安全水位面以下,对防止滑坡灾害发生具有重要意义。虹吸排水具有免动力和流动过程由液位变化自动控制的物理特性,非常适合坡体地下水位控制的需要。虹吸的扬程是指虹吸上水管中液体从最低处抬升至最高处的垂直高度。在一个大气压的条件下,自然虹吸所能带动的最大水柱高度约为10.24m,即自然虹吸所能达到的极限扬程为
10.24m。边坡虹吸排水有两个显著的特征:(1)坡体地下水一般埋深较大,需要采用高扬程虹吸,而这是低扬程虹吸难以做到的;(2)旱季长期无水,虹吸管会经历很长的停流期。
[0003] 液体中一般溶解有气体,定温下液体中的气体溶解度与该气体在液面上的平衡分压成正比,而虹吸管内液体的压力随距管口液面的高程增大而逐渐减小。发明人通过大量的实验发现,扬程在5m以上的高扬程时,因虹吸管内低压环境会使溶于水的空气大量释放形成气泡,从而在高扬程虹吸系统顶部出现空气段(如图1所示)。因虹吸管内压力降低而析出空气形成的气泡,如果不能在虹吸排水过程中使析出的气泡随水流排出,势必会造成虹吸管顶部空气的不断积聚而造成虹吸过程中断。由于高扬程虹吸管内压力变化大,空气析出作用强烈。因此,低扬程虹吸与高扬程虹吸存在着物理条件的根本性差别。
[0004] 目前的虹吸应用中,除水利工程涉及扬程在5m以上的高扬程虹吸外,一般只涉及低扬程虹吸。水利工程上的高扬程输水,通常在虹吸管的顶部设置排气装置(例如排气阀),以防止虹吸管的顶部发生空气积累而破坏虹吸过程,不适用于边坡高扬程虹吸排水。发明人通过大量的实验发现,扬程在5m以下的低扬程虹吸,为保证虹吸的长期有效,一般通过控制虹吸出水端和进水端在同一海拔高程以保证进水端的水不被抽干,而保证排水过程顺利进行。该法由于虹吸进水端、出水端在同一海拔高程,虹吸流速较慢,排水效果欠佳。
[0005] 高扬程虹吸存在需要克服的空气积累的技术问题。水中溶解有空气,其溶解度与压力成正比,高扬程虹吸管顶附近的低压环境,必然导致大量空气释放。并且,由于降雨的间歇性,导致坡体中的地下水位时涨时落,因此,边坡虹吸排水是一个间歇性过程,当间歇时间过长时,虹吸管内会产生空气积累,如图2所示的上水管顶部空气段长度h随时间变化曲线图可知,上水管顶部空气段长度h会随时间明显增大。
[0006] 在上水管顶部空气段长度h较大的情况下,虹吸进水口水位需要大幅上升才能重新自动恢复虹吸,其结果可能因坡体地下水位大幅上升而发生滑坡,失去边坡虹吸排水的本来意义。因此,对于高扬程虹吸排水,经常性进行虹吸启动是十分必要的,可防止虹吸管内产生过多的空气积累,保障虹吸持续有效。人工启动虹吸维护工作量大、启动虹吸的合理时机选择困难。
[0007]目前的边坡排水中使用的低扬程虹吸排水系统,一般做法是地下水位上升至一定高度才启动虹吸排水系统,排水缺乏先期预警能力。地下水的抬升往往滞后于降雨,若无法及时排出,会造成坡体地下水位大幅上升而发生滑坡,在发生降雨初期就使虹吸排水系统处于一个警戒状态是实现高效及时排水、避免山体滑坡的先决条件。
发明内容
[0008] 本发明的目的是针对现有虹吸技术中的缺陷,提供一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,所述的虹吸排水系统能实现虹吸扬程在5m以上,充分利用了高扬程虹吸的优点,克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,可以无需排气装置(例如排气阀),无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效;能够在降雨初期就自动使排水系统启动,处于一个随时可排水的警戒状态;并且,可以设置虹吸管进出水口高差保证较高的虹吸流速,实现高效及时排水。
[0009] 为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,所述的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统包括自动排水系统与自动恢复系统,其中:
所述的自动排水系统包括高扬程虹吸排水管;所述的高扬程虹吸排水管用于在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡体内地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下,所述的自动排水系统包括多根高扬程虹吸排水管;
所述的自动恢复系统包括集水系统与逆向压水系统,所述的集水系统用于汇集外部水源来水,所述集水系统中设置设定水位;所述的集水系统与逆向压水系统相连,待所述集水系统集水至设定水位时,外部水源来水进入所述逆向压水系统;所述的逆向压水系统与所述的自动排水系统相连,并通过所述的逆向压水系统对所述的自动排水系统的高扬程虹吸排水管实现由坡体外高扬程虹吸排水管出水端向坡体内高扬程虹吸排水管进水端进行逆向灌水,启动正向虹吸,排出积累于高扬程虹吸排水管内的空气,保证所述自动排水系统虹吸长期有效;所述高扬程虹吸排水管进水端的海拔高程高于所述高扬程虹吸排水管出水端的海拔高程;集水系统集水至设定水位即启动逆向灌水,从而实现对高扬程虹吸排水管逆向灌水排出累积空气,集水系统的集水速率越快,逆向灌水的频率也就越高。
[0010] 本发明所述的高扬程虹吸管的扬程为5m以上,优选的高扬程虹吸管的扬程为7m以上,更优选的高扬程虹吸管的扬程为Sm以上;不超过自然虹吸所能达到的极限扬程
10.24m。
[0011] 本发明所述的外部水源来水可以是雨水,也可以是雨水引起的地表径流。
[0012] 本发明所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统充分利用高扬程虹吸的优点,巧妙地克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,通过逆向压水系统的逆向灌水有效排出积累于高扬程虹吸排水管内的空气,实现边坡地下水的实时排出。
[0013] 现有技术是根据边坡地下水位的高低来启动虹吸排水,并且现有技术采用的是低扬程虹吸排水,只有当地下水的水位大幅度抬升时,才会启动虹吸排水,地下水的抬升往往滞后于降雨,若地下水无法及时排出,容易造成坡体地下水位大幅上升而发生滑坡。边坡的地下水范围较大,由整体的地下水位的大幅度变化来决定虹吸启动存在较大的安全隐患。本发明可根据实际需要,在所述的集水系统中设置设定水位,作为逆向灌水的启动判据,从而实现本发明所述免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统的预启动。所述的设定水位由所述高扬程虹吸排水管的数量与长度决定。由于集水系统中汇集的水量远小于边坡的地下水量,相对于整体的边坡地下水位,集水系统中的设定水位对降雨更为敏感,仅需少量水即可激活所述的预启动,无需根据地下水位的高低来判定是否启动虹吸。由此可以在雨季时期的降雨初期,实现本发明所述高扬程虹吸排水管内空气的自动排出,使本发明所述自动排水系统处于自动的警戒虹吸启动状态,即为所述的预启动;这之后,只要边坡的地下水位发生抬升就立即自动启动虹吸,利用本发明所述高扬程虹吸排水管实时排出坡内的地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0014] 在一个大气压下,自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m,由于虹吸自然极限扬程的限制,当虹吸排水管进水端水位下降至极限扬程对应的水位以下时,虹吸自动停止,本发明的自动排水系统可使高扬程虹吸排水管进水端的水不被抽干,使得所述高扬程虹吸排水管进水端保持水密封。由此可以自由设置高扬程虹吸排水管进水端、出水端的相对高度差来保证较高的虹吸流速,实现高效实时排水。特别适用于降雨丰富地区的堆积土边坡排水。
[0015] 目前的虹吸应用中,除水利工程涉及扬程在5m以上的高扬程虹吸外,一般只涉及低扬程虹吸。发明人通过大量的实验发现,扬程在5m以下的低扬程虹吸,为保证虹吸的长期有效,一般通过控制虹吸出水端和进水端在同一海拔高程保证进水端的水不被抽干,而保证排水过程顺利进行。该法由于虹吸进出水口在同一海拔高程,虹吸流速较慢,排水效果欠佳。
[0016] 本发明所述的高扬程虹吸排水管的数量与边坡规模及当地气候环境相关,所述的边坡规模是指边坡的总方量及其后缘的汇水面积大小,所述的当地气候环境是指当地的降雨情况及边坡土质因素等引起的降雨入渗等的差别。假定边坡后缘汇水面积为A年平均降雨量为i,降雨渗入土里的百分数,即降雨入渗率为/;,强降雨时期需要考虑的安全系数为a,其余途径的地下水补给量&水通过钻孔的孔壁进入虹吸储水管的汇水分流系数为η,则可估算得到年平均所需排水量^为:
Q= Tjiasfj + U) (I)
假定一根高扬程虹吸排水管一天内所能实现的排水量为w则计算所需高扬程虹吸排水管的数量《的表达式为:niasfi + b)
n = ——- (2)
365 g
进一步地,根据所属高扬程虹吸管的数量及边坡规模布设虹吸排水孔的数量,出于经济因素考虑,一个虹吸排水孔内放置大于等于2根,优选3〜5根高扬程虹吸排水管,局部地区视情况加密。
[0017] 进一步地,所述高扬程虹吸排水管进水端比所述高扬程虹吸排水管出水端的海拔高程高3m以上。可以保证较高的虹吸流速,实现较好的排水效果。
[0018] 进一步地,所述的自动排水系统包括虹吸排水孔、高扬程虹吸排水管、虹吸储水管、双向进出水阀;所述的虹吸储水管置于所述的虹吸排水孔底部;所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m ;所述的高扬程虹吸排水管通过所述的虹吸排水孔进入边坡体内深部,所述的高扬程虹吸排水管进水端置于所述虹吸排水孔底部的虹吸储水管内,所述的高扬程虹吸排水管出水端放入所述的双向进出水阀中,所述的双向进出水阀以海拔高程低于虹吸排水孔底面海拔高程的方式放置于坡体外的坡面上;所述的双向进出水阀包括出水口、储水箱以及浮箱,所述储水箱一侧开所述出水口,另一侧与所述高扬程虹吸排水管出水端相连,所述浮箱位于所述储水箱内,所述浮箱外宽与所述储水箱内宽一致;作为优选,所述储水箱内壁光滑,便于所述浮箱上下滑动。放置双向进出水阀的坡面优选为平整坡面。作为优选,所述双向进出水阀的位置应设置于低于虹吸排水孔底面3m以上的位置,可以保证较高的虹吸流速,实现较好的排水效果。
[0019] 在一个大气压的条件下,自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m,由于虹吸自然极限扬程的限制,当高扬程虹吸排水管进水端水位下降至极限扬程对应的水位以下时,虹吸自动停止。降雨时坡体内地下水水位逐渐上升,地下水通过钻孔的孔壁进入虹吸储水管内,当储水管内水位提升后,正向虹吸启动,地下水被排出坡体外,这时坡体地下水位不再快速升高,当降雨停止后,坡体内的地下水位就逐渐降低,当其下降到极限扬程对应的水位,即为所述的安全水位时,正向虹吸过程停止,虹吸储水管的水位与地下水的水位保持一致,达到平衡。因此,必须保证所述的虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m,才能使得高扬程虹吸排水管进水端一直在虹吸储水管的水面以下,形成水密封。
[0020] 为达到该目的,可以在打设虹吸排水孔时,采用倾斜式钻孔的做法,通过调整钻孔深度与角度来实现虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差,如图3所示。倾斜式钻孔可以实现垂直钻孔无法达到的深层地下水排水。并且,还可以自由设置高扬程虹吸排水管进水端和出水端的高度差,可根据实际需要,通过调整所述的高度差来调整虹吸流速,以保证较高的虹吸流速,实现高效及时排水。
[0021] 进一步地,所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差不低于11〜12m,更进一步地,在工程实际中,取所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差为11〜12m,即可保证所述虹吸储水管内储有I〜2m的水,使得高扬程虹吸排水管进水端一直在虹吸储水管的水面以下,形成水密封。
[0022] 进一步地,所述的虹吸储水管长度> Im,优选的虹吸储水管长度取I〜2m,优选的虹吸储水管的材料为不透水耐腐蚀的硬塑料。所述虹吸储水管的管径小于所述的虹吸排水孔的孔径,用以存储一定的坡体内渗入的地下水及逆向压水系统灌入的水。所述虹吸储水管底端密闭,顶端开口,顶端的海拔高程高于虹吸极限扬程对应的水位,所述的高扬程虹吸排水管进水端位于所述虹吸储水管底端。
[0023] 进一步地,所述的高扬程虹吸排水管内径< 5_。发明人通过大量的实验发现,内径< 5_的虹吸管,在虹吸流动过程中,可以形成弹状流型,保证即使在缓慢的虹吸流动过程中也不会发生管顶空气的积累。作为优选,所述高扬程虹吸排水管可以采用内径< 5mm的尼龙(PA)虹吸管。
[0024] 进一步地,所述的逆向压水系统包括灌水管、出水口、储水箱、浮箱;所述的储水箱一端开出水口,储水箱另一端汇集全部高扬程虹吸排水管,可以使用止水材料密封和固定所述的储水箱与所述的高扬程虹吸排水管结合部,所述高扬程虹吸排水管出水端进入所述储水箱内;所述的浮箱仅在面向高扬程虹吸排水管进入一端一侧开口,如图4(a)所示;优选的止水材料是玻璃胶。
[0025] 当所述的自动排水系统处于正向虹吸阶段时,所述的储水箱的浮箱由于重力及水压的作用被压于储水箱底部,虹吸排水可以从高扬程虹吸排水管位于坡体内一侧的进水端吸水,经高扬程虹吸排水管从位于坡体外一侧的出水端排出,见图4 (a)中的a方向。
[0026] 进一步地,所述的集水系统包括集水盲沟和集水箱;所述的集水箱内部设置有排水口与浮标,并设置合适的设定水位,所述的集水箱由所述的集水盲沟供水。
[0027] 所述的设定水位是指集水系统中达到能使所述高扬程虹吸管及虹吸储水管充满水的计算水量对应的水位,可根据布设的所述高扬程虹吸排水管的数量与长度在所述集水箱内设置相应的设定水位。
[0028] 假定一个虹吸排水孔内放置3根高扬程虹吸排水管,高扬程虹吸排水管管径为平均长度为I1,虹吸储水管的管径为长度为I2,集水箱的底面积为儿灌水过程中往往存在水的溢漏等,故所需的供水量乘以一个扩大系数卢,则设定水位的高度A可以用下式计算得到:
h = — (ηπη% + — ) (3)
j 3
当边坡规模较大时,宜分散布设多个集水系统,每个集水系统对应10〜30个虹吸排水孔,假定一个虹吸排水孔内放置3根高扬程虹吸排水管,每个集水系统对应#个虹吸排水孔,则此时设定水位的高度A可以得到:
Q 0 n
A = — (βΝπ!\ I1 + Nfrr《i2 ) (4)
所述的浮标感应所述的集水箱中的水量,当水量未达到设定水位时,令所述的排水口处于关闭状态;当水量累积达到设定水位时,浮标浮起,排水口开启,利用重力将水灌入所述的储水箱内,从而实现不定期的逆向灌水,集水箱中水量累积的速率决定了逆向灌水的频率,集水系统的集水速率越快,逆向灌水的频率也就越高。
[0029]当所述的自动排水系统处于长期间歇阶段时,所述的集水箱中收集外部水源来水,通过所述的灌水管进行不定期灌水进入所述的储水箱,由下而上的水压令所述的浮箱浮起,出水口被堵住,水不能由所述的储水箱向外流动,从而在高扬程虹吸排水管出水端产生较高的水压,迫使灌入的水从高扬程虹吸排水管位于坡体外一侧的出水端被压入,经所述的高扬程虹吸排水管向坡内虹吸储水管内的进水端逆向流动,从而排出高扬程虹吸排水管内积累的空气,见图4(b)中的b方向,从而使所述的自动排水系统自动处于随时可以排水的警戒虹吸启动状态。因此所述的自动排水系统能实现虹吸扬程在5m以上,克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,可以无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效。
[0030] 进一步地,所述的逆向压水系统包括灌水管、出水口、储水箱、浮箱;所述的储水箱一端开出水口,储水箱另一端汇集全部高扬程虹吸排水管,可以使用止水材料密封和固定所述的储水箱与所述的高扬程虹吸排水管结合部,所述高扬程虹吸排水管出水端进入所述储水箱内;所述的浮箱仅在面向高扬程虹吸排水管进入一端一侧开口,如图4(a)所示;优选的止水材料是玻璃胶。所述的集水系统包括集水盲沟和集水箱;所述的集水箱内部设置有排水口与浮标;所述的集水箱由所述的集水盲沟供水,通过所述的灌水管与所述的储水箱相连;所述的浮标感应所述的集水箱中的水量,当水量未达到设定水位时,令所述的排水口处于关闭状态;当水量累积达到设定水位时,浮标浮起,排水口开启,利用重力将水通过灌水管灌入所述的储水箱内。所述的设定水位是指集水系统中达到能使所述高扬程虹吸管及虹吸储水管充满水的计算水量对应的水位,可根据布设的所述高扬程虹吸排水管的数量与长度在所述集水箱内设置相应的设定水位。
[0031] 当所述的自动排水系统处于正向虹吸阶段时,所述的储水箱的浮箱由于重力及水压的作用被压于储水箱底部,虹吸排水可以从高扬程虹吸排水管位于坡体内一侧的进水端吸水,经高扬程虹吸排水管由位于坡体外一侧的出水端经出水口排出;当虹吸排水处于长期间歇阶段时,在所述的集水箱中收集外部水源来水,通过所述的灌水管进行不定期灌水进入所述的储水箱,由下而上的水压令所述的浮箱浮起,出水口被堵住,水不能由储水箱向外流动,从而在高扬程虹吸排水管出水端产生较高的水压,迫使灌入的水从高扬程虹吸排水管位于坡体外一侧的出水端被压入,经高扬程虹吸排水管由位于坡体内一侧的高扬程虹吸排水管向坡内虹吸储水管内的进水端逆向流动,从而排出高扬程虹吸排水管内积累的空气,见图4(b)中的b方向,从而使所述的自动排水系统自动处于随时可以排水的警戒虹吸启动状态。因此所述的自动排水系统能实现虹吸扬程在5m以上,克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,可以无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效。
[0032] 进一步地,所述集水箱布设在高于所述的虹吸排水孔孔口的位置。集水箱中的水量和边坡地下水位共同受降雨影响,而地下水的抬升往往滞后于降雨,故集水箱集水要先于坡体地下水的抬升。边坡的地下水范围较大,由整体的地下水位的大幅度变化来决定虹吸启动存在较大的安全隐患。本发明可根据实际需要,对所述的集水系统中的浮标设置设定水位,作为逆向灌水的启动判据,从而实现所述自动排水系统的预启动。由于集水系统中汇集的水量远小于边坡的地下水量,相对于整体的边坡地下水位,集水系统中的设定水位对降雨更为敏感,仅需少量水即可激活本发明所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统的预启动,无需根据地下水位的高低来判定是否启动虹吸,启动判据要求低,少量水即可激活系统,在必要的时候也可进行人工干预。由此可以在雨季时期的降雨初期,实现高扬程虹吸排水管内空气的自动排出,使所述的自动排水系统处于自动的警戒虹吸启动状态,即为所述的预启动;这之后,只要边坡的地下水位发生抬升就立即自动启动虹吸,利用高扬程虹吸排水管实时排出坡内的地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0033] 作为优选,所述的集水箱布设在高于所述的虹吸排水孔孔口 3m以上的位置,以保证逆向灌水有较高的流速。
[0034] 本发明还提供与所述的免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸系统相配套的排水方法,所述的方法包括如下步骤:
(1)集水系统汇集外部水源来水,当水量累积到设定水位时,水自动由所述集水系统灌入逆向压水系统;
(2)水在由所述集水系统灌入所述逆向压水系统时,逆向压水系统开始工作,将水逆向压入自动排水系统的高扬程虹吸排水管中,排出高扬程虹吸排水管中积累的空气;
(3)所述自动排水系统在清除高扬程虹吸排水管中积累的空气后,正向虹吸过程启动,由高扬程虹吸排水管位于坡体内一侧的进水端吸水,经高扬程虹吸排水管由位于坡体外一侧的出水端流出,实现向坡体外排水;当边坡地下水位一抬升时,所述自动排水系统就立即自动启动虹吸,实时排出坡体内地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0035] 本发明所述的高扬程虹吸管的扬程为5m以上,优选的高扬程虹吸管的扬程为7m以上,更优选的高扬程虹吸管的扬程为Sm以上;不超过自然虹吸所能达到的极限扬程10.24mο
[0036] 本发明所述的外部水源来水可以是雨水,也可以是雨水引起的地表径流。
[0037] 所述的设定水位是指集水系统中达到能使所述高扬程虹吸管及虹吸储水管充满水的计算水量对应的水位。
[0038] 进一步地,本发明还提供与所述的免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸系统相配套的排水方法,包括如下步骤:
(1)通过边坡工程地质条件分析边坡地下水深度及需要控制的地下水位,打设所述的虹吸排水孔进入边坡潜在滑动面下的安全水位以下,控制所述的虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m ;
(2)连接所述的集水箱与集水盲沟,并将所述的浮标置于集水箱排水口处;
(3)将所述的浮箱安装于储水箱内,与所述储水箱一侧开的出水口共同组成双向进出水阀,置于低于虹吸排水孔底面海拔高程的坡面上,通过灌水管连接所述的集水箱与储水箱;
(4)将所述的高扬程虹吸排水管放入虹吸排水孔内,所述的高扬程虹吸排水管进水端位于虹吸储水管中,所述的高扬程虹吸排水管出水端位于储水箱密封段,密封段汇集所有所述的高扬程虹吸排水管后进行密封,可以采用止水材料进行密封,优选止水材料为玻璃胶;
(5)逆向灌水实现初始虹吸:向集水箱内加一定量的水,水通过灌水管进入双向进出水阀,出水口关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管并逆向灌入虹吸储水管,实现初始虹吸,正向虹吸过程启动;
向集水箱中加一定量的水,直到浮标上浮,排水口开启,该水量即可让所述的高扬程虹吸系统开始逆向灌水,该水量在集水箱中对应的水位即为本发明所述的设定水位;所述的水量与每个集水箱连接的虹吸排水孔的数量或高扬程虹吸排水管的数量及长度相关,每个集水箱连接的虹吸排水孔的数量越多,或者高扬程虹吸排水管的总数量越多、长度越长,所述的水量就越大,可根据实际情况适当调节。例如,集水箱的体积为I立方米,每个集水箱连接10〜30个虹吸排水孔,通过公式(4)计算,需要向所述集水箱加入约0.6〜0.7立方米的水。向集水箱中加一定量的水以后,浮标上浮开启排水口,集水箱中的水通过灌水管流入储水箱内,浮箱浮起,出水口被堵住,迫使水从高扬程虹吸排水管向虹吸储水管中流动,见图4 (b)中的b方向,使高扬程虹吸排水管中充满水。
[0039] 待集水箱中水位下降,浮标落下关闭排水口,逆向灌水系统停止作用。浮箱下落,坡内较高的地下水位使水通过虹吸作用通过高扬程虹吸排水管排入储水箱中,并从出水口排出,见图4(a)中的a方向。不断降水直至地下水位降至安全水位以下,虹吸自然停止。
[0040] (6)集水箱收集外部水源来水,水量累积到设定水位时,水自动通过灌水管进入双向进出水阀,出水口关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管并逆向灌入虹吸储水管,排出所述高扬程虹吸排水管内的空气;逆向灌水过程完成后,出水口开启,所述的高扬程虹吸排水管在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡内地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0041] 所述步骤(I)的虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差与孔地储水管的长度相对应,以保证自然虹吸的极限扬程在虹吸储水管的有效范围内。为达到该目的,可以在打设虹吸排水孔时,采用倾斜式钻孔的做法,通过调整钻孔深度与角度来实现,如图3所示。倾斜式钻孔可以实现垂直钻孔无法达到的深层地下水排水。通过调整所述的虹吸排水孔深度与角度,控制所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差;例如,虹吸储水管的长度为lm,则对应的虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差宜选11m。作为优选,所述虹吸储水管的长度不低于I〜2m,则所述虹吸排水孔孔口与孔底的垂直高差不低于11〜12m,更优选的,在工程实际中,取所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差为11〜12m,即可保证所述虹吸储水管内储有I〜2m的水,使得高扬程虹吸排水管进水端一直在虹吸储水管的水面以下,形成水密封。
[0042] 作为优选,所述双向进出水阀的位置应设置于低于虹吸排水孔底面3m以上的位置,可以保证较高的虹吸流速,实现较好的排水效果。
[0043] 进一步地,所述的虹吸储水管长度> Im,优选的虹吸储水管长度取I〜2m,优选所述的虹吸储水管材料为不透水耐腐蚀的硬塑料。所述虹吸储水管的管径小于所述的虹吸排水孔的孔径,用以存储一定的坡体内渗入的地下水及逆向压水系统灌入的水。所述虹吸储水管底端密闭,顶端开口,顶端的海拔高程高于虹吸极限扬程对应的水位,所述的高扬程虹吸排水管进水端位于所述虹吸储水管底端。
[0044] 进一步地,所述的高扬程虹吸排水管内径< 5_。发明人通过大量的实验发现,内径< 5_的虹吸管,在虹吸流动过程中,可以形成弹状流型,保证即使在缓慢的虹吸流动过程中也不会发生管顶空气的积累。作为优选,所述高扬程虹吸排水管可以采用内径< 5mm的尼龙(PA)虹吸管。
[0045] 本发明的有益效果是主要表现在:
1、本发明的边坡高扬程虹吸排水系统利用高扬程虹吸原理,采用扬程高于5m的高扬程虹吸,排出埋深较大的边坡体内地下水,自动高效及时,能控制边坡地下水位在安全水位面以下,同时保持了虹吸排水的优点,无需任何外部动力。而排出埋深较大的边坡体内地下水是低扬程虹吸难以做到的。
[0046] 2、本发明的边坡高扬程虹吸排水系统通过集水系统收集如雨水等外部水源来水进入集水箱,由设定水位控制不定期地通过逆向压水系统将水通过双向进出水阀逆向灌入虹吸排水管,对高扬程虹吸排水系统实现预启动,避免因长时间停止虹吸而产生过多的空气积累,实现长期稳定的边坡排水,保证排水的长期有效性,无需经常性维护;能实现虹吸扬程在5m以上,克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,可以无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效。
[0047] 3、本发明的边坡高扬程虹吸排水系统中的集水系统的水量和边坡地下水位共同受降雨影响,而地下水位的抬升滞后于降雨,集水系统集水要先于坡体地下水的抬升,且集水系统中汇集的水量远小于边坡的地下水量,相对于整体的边坡地下水位,集水系统中的设定水位对降雨更为敏感。由此可以在进入强降雨过程的初期通过集水系统和逆向压水系统自动启动排水系统,使得正向的虹吸排水系统处于一个随时可排水的警戒状态,可保障雨季虹吸的有效性。
[0048] 4、本发明的边坡高扬程虹吸排水系统中的集水系统的设定水位是作为逆向灌水的启动判据,无需根据地下水位高低来判定启动虹吸,启动判据要求低,少量水即可激活系统,在必要的时候也可进行人工干预,操作方便;自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m,由于虹吸自然极限扬程的限制,当虹吸排水管进水端水位下降至极限水位以下时,虹吸自动停止,虹吸储水管可使虹吸进水端口的水不被抽干。由此可以自由设置虹吸排水管进出水端口高差来保证较高的虹吸流速,实现高效及时排水。特别适用于降雨丰富地区的堆积土边坡排水。
[0049] 5、本发明的边坡高扬程虹吸排水系统适用性强,可以无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效,工程的维护费用低。
附图说明
[0050] 图1为高扬程虹吸系统示意图;
图2为虹吸顶部空气段长度h随时间变化曲线图;
图3是本发明的免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸系统示意图;
图4是图3中双向进出水阀(5)节点详图;
图5是图3中集水箱(2)节点详图;
图中:集水盲沟1、集水箱2、灌水管3、高扬程虹吸排水管4、双向进出水阀5、虹吸排水孔6、虹吸储水管7、安全水位8、出水口 9、浮箱10、储水箱11、浮标12、排水口 13、潜在滑动面14。
具体实施方式
[0051] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应该理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明的讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0052] 虹吸的扬程是指虹吸上水管中液体从最低处抬升至最高处的垂直高度,在一个大气压的条件下,自然虹吸所能带动的最大水柱高度约为10.24m,即自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m。
[0053] 扬程在5m以上时称为高扬程虹吸。发明人经过大量实验证实,扬程在5m以上时,因虹吸管内低压环境会使溶于水的空气大量释放形成气泡,如果不能在虹吸排水过程中使析出的气泡随水流排出,势必会造成虹吸管顶部空气的不断积聚而造成虹吸过程中断。
[0054] 具体实施例一
本发明提供一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,通过高扬程虹吸排水无动力实时快速排出坡内地下水,控制其在安全水位以下;通过逆向灌水启动正向虹吸,排出虹吸管内的空气,使钻孔内地下水位一抬升时立即启动正向虹吸,保障地下水位处于较低的水平。图3至图5为所述免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸系统的示意图。
[0055] 一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,所述的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统包括自动排水系统与自动恢复系统,其中:所述的自动排水系统为扬程高于5m的高扬程虹吸排水系统,包括高扬程虹吸排水管;虹吸启动时由高扬程虹吸排水管位于坡体内一侧的进水端吸水,经高扬程虹吸排水管向位于坡体外一侧的出水端流出,实现向坡体外排水,用于在边坡地下水位一抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡体内地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下;所述的自动排水系统包括多根高扬程虹吸排水管;
所述的自动恢复系统包括集水系统与逆向压水系统,所述的集水系统用于汇集外部水源来水,所述集水系统中设置设定水位;所述的集水系统与逆向压水系统相连,待所述集水系统集水至设定水位时,外部水源来水进入所述逆向压水系统;所述的逆向压水系统与所述的自动排水系统相连,并通过所述的逆向压水系统对所述的自动排水系统的所述的高扬程虹吸排水管实现由坡体外的出水端向坡体内的进水端进行逆向灌水,启动正向虹吸,排出积累于高扬程虹吸排水管内的空气,保证虹吸长期有效;所述高扬程虹吸排水管进水端的海拔高程高于所述高扬程虹吸排水管出水端的海拔高程;集水系统集水至设定水位即启动逆向灌水,从而实现对高扬程虹吸排水管逆向灌水排出累积空气,集水系统的集水速率越快,逆向灌水的频率也就越高。
[0056] 本发明所述的高扬程虹吸排水管的数量与边坡规模及当地气候环境相关,所述的边坡规模是指边坡的总方量及其后缘的汇水面积大小,所述的当地气候环境是指当地的降雨情况及边坡土质因素等引起的降雨入渗等的差别。假定边坡后缘汇水面积为A例:s = 7000浓2 ;年平均降雨量为i,例:去取江浙地区的年平均降雨量i = 1200«« ;降雨入渗率为/;,例:力=0.25 ;强降雨时期需要考虑的安全系数为a,例:α = 2 ;其余途径的地下水补给量&例:相对降雨可以忽略,= 0 ;水通过钻孔的孔壁进入虹吸储水管的汇水分流系数为7,例:?? = 0-5 ;则可估算得到年平均所需排水量P为:
Q = +h) = 2100m3
发明人通过大量的实验发现,在保证进、出水端垂直高差在5m左右时,一根高扬程虹吸排水管所能实现的排水量约在i = 艮天),故计算所需高扬程虹吸排水管的数量的表达式为:
365g
根据所属高扬程虹吸管的数量及边坡规模布设虹吸排水孔的数量,出于经济因素考虑,一个虹吸排水孔内放置大于等于2根,例3根高扬程虹吸排水管,局部地区视情况加密,例:虹吸排水孔的数量At= <3 = 32(个)。
[0057] 所述高扬程虹吸排水管进水端比所述高扬程虹吸排水管出水端的海拔高程高3m以上。可以保证较高的虹吸流速,实现较好的排水效果。
[0058] 所述的自动排水系统包括虹吸排水孔、高扬程虹吸排水管、虹吸储水管、双向进出水阀;所述虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差> 10.24m ;所述的虹吸储水管置于所述的虹吸排水孔底部;所述的高扬程虹吸排水管通过所述的虹吸排水孔进入边坡体内深部,所述的高扬程虹吸排水管进水端置于所述的虹吸储水管内,所述的高扬程虹吸排水管出水端放入所述的双向进出水阀中,所述的双向进出水阀以海拔高程低于虹吸排水孔底面3m以上的方式,例如5m,放置于坡体外的平整坡面上;所述的双向进出水阀包括出水口、储水箱以及浮箱,所述储水箱一侧开所述出水口,另一侧与所述高扬程虹吸排水管出水端相连,所述浮箱位于所述储水箱内,所述浮箱外宽与所述储水箱内宽一致;所述储水箱内壁光滑,便于所述浮箱上下滑动。
[0059] 所述的虹吸储水管长度彡lm,例如I〜2m,材料为不透水耐腐蚀的硬塑料。所述虹吸储水管的管径小于所述的虹吸排水孔的孔径,用以存储一定的坡体内渗入的地下水及逆向压水系统灌入的水。所述虹吸储水管底端密闭,顶端开口,顶端的海拔高程高于虹吸极限扬程对应的水位,所述的高扬程虹吸排水管进水端位于所述虹吸储水管底端。
[0060] 在一个大气压的条件下,自然虹吸所能达到的极限扬程为10.24m,由于虹吸自然极限扬程的限制,当高扬程虹吸排水管进水端水位下降至极限扬程对应的水位以下时,虹吸自动停止。降雨时坡体内地下水水位逐渐上升,地下水通过钻孔的孔壁进入虹吸储水管内,当储水管内水位提升后,正向虹吸启动,地下水被排出坡体外,这时坡体地下水位不再快速升高,当降雨停止后,坡体内的地下水位就逐渐降低,当其下降到极限扬程对应的水位,即为所述的安全水位时,正向虹吸过程停止,虹吸储水管的水位与地下水的水位保持一致,达到平衡。因此,必须保证所述的虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m,例:孔深24m,倾角30°,则所述的垂直高差12m,才能使得高扬程虹吸排水管进水端一直在虹吸储水管的水面以下,形成水密封。
[0061] 为达到该目的,可以在打设虹吸排水孔时,采用倾斜式钻孔的做法,通过调整钻孔深度与角度来实现虹吸排水孔的孔口与孔底的垂直高差,如图3所示。倾斜式钻孔可以实现垂直钻孔无法达到的深层地下水排水。并且,还可以自由设置高扬程虹吸排水管进水端和出水端的高度差,可根据实际需要,通过调整所述的高度差来调整虹吸流速,以保证较高的虹吸流速,实现高效及时排水。
[0062] 所述的高扬程虹吸排水管内径彡5mm例如4mm的尼龙(PA)虹吸管。发明人通过大量的实验发现,内径彡5mm的尼龙(PA)虹吸管,在虹吸流动过程中,可以形成弹状流型,保证即使在缓慢的虹吸流动过程中也不会发生管顶空气的积累。
[0063] 所述的逆向压水系统包括灌水管、出水口、储水箱、浮箱;所述的储水箱一端开出水口,储水箱另一端汇集全部高扬程虹吸排水管,可以使用止水材料,例如玻璃胶密封和固定所述的储水箱与所述的高扬程虹吸排水管结合部,所述高扬程虹吸排水管出水端进入所述储水箱内;所述的浮箱仅在面向高扬程虹吸排水管进入一端一侧开口,如图4(a)所示。
[0064] 当所述的自动排水系统处于正向虹吸阶段时,所述的储水箱的浮箱由于重力及水压的作用被压于储水箱底部,虹吸排水可以正常从高扬程虹吸排水管位于坡体内一侧的进水端吸水,经高扬程虹吸排水管从位于坡体外一侧的出水端排出,见图4 (a)中的a方向。
[0065] 所述的集水系统包括集水盲沟和集水箱;所述的集水箱内部设置有排水口与浮标,根据布设的所述高扬程虹吸排水管的数量与长度在所述集水箱内设置相应的设定水位,所述的集水箱由所述的集水盲沟供水。
[0066] 所述的逆向压水系统包括灌水管、出水口、储水箱、浮箱;集水系统包括集水盲沟和集水箱;所述的集水箱内部设置有排水口与浮标;根据布设的所述高扬程虹吸排水管的数量与长度在所述集水箱内设置相应的设定水位,所述的集水箱由所述的集水盲沟供水,通过所述的灌水管与所述的储水箱相连。
[0067] 假定一个虹吸排水孔内放置3根高扬程虹吸排水管,高扬程虹吸排水管数量为η = %根;高扬程虹吸排水管管径为,平均长度为77,例:?! = I爾n , I1 =10w ;虹吸储水管的管径为r2,长度为12,例:= 30.J2 = Im ;集水箱的底面积为尤例:J = Im2 ;灌水过程中往往存在水的溢漏等,故所需的供水量乘以一个扩大系数卢,例:於=2 ;则设定水位的高度A可以用下式计算得到:
0 n fi ,-t
h = — (ηπκ2ί, + —nr^L) ^ 0.6m
d 3
所述的浮标感应所述的集水箱中的水量,当水量未达到设定水位时,令所述的排水口处于关闭状态;当水量累积达到设定水位时,浮标浮起,排水口开启,利用重力将水灌入所述的储水箱内,从而实现不定期的逆向灌水,集水箱中水量累积的速率决定了逆向灌水的频率,集水系统的集水速率越快,逆向灌水的频率也就越高。
[0068] 所述的浮标感应所述的集水箱中的水量,当水量未达到设定水位时,令所述的排水口处于关闭状态;当水量累积达到设定水位时,浮标浮起,排水口开启,利用重力将水通过灌水管灌入所述的储水箱内。
[0069] 所述集水箱布设在高于虹吸排水孔孔口 3m以上的位置,例如5m,以保证逆向灌水有较高的流速。集水箱中的水量和边坡地下水位共同受降雨影响,而地下水的抬升往往滞后于降雨,故集水箱集水要先于坡体地下水的抬升。边坡的地下水范围较大,由整体的地下水位的大幅度变化来决定虹吸启动存在一定的安全隐患。本发明可根据实际需要,对所述的集水系统中的浮标设置设定水位,作为逆向灌水的启动判据,从而实现所述自动排水系统的预启动。由于集水系统中汇集的水量远小于边坡的地下水量,相对于整体的边坡地下水位,集水系统中的设定水位对降雨更为敏感,仅需少量水即可激活本发明所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统的预启动,无需根据地下水位的高低来判定是否启动正向虹吸,启动判据要求低,少量水即可激活系统,在必要的时候也可进行人工干预。由此可以在雨季时期的降雨初期,实现高扬程虹吸排水管内空气的自动排出,使所述的自动排水系统处于自动的警戒虹吸启动状态,即为所述的预启动;这之后,只要边坡的地下水位发生抬升就立即自动启动正向虹吸,利用高扬程虹吸排水管实时排出坡内的地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0070]当所述的自动排水系统处于长期间歇阶段时,所述的集水箱中收集外部水源来水,通过所述的灌水管进行不定期灌水进入所述的储水箱,由下而上的水压令所述的浮箱浮起,出水口被堵住,水不能由储水箱向外流动,从而在出水端产生较高的水压,迫使灌入的水从高扬程虹吸排水管位于坡体外一侧的出水端被压入,经所述的高扬程虹吸排水管向坡内所述的虹吸储水管逆向流动,从而排出高扬程虹吸排水管内积累的空气,见图4(b)中的b方向,从而使所述的自动排水系统自动处于随时可以排水的警戒虹吸启动状态。因此所述的自动排水系统能实现虹吸扬程在5m以上,克服了高扬程虹吸带来的气体积累问题,可以无需人力物力自动排水,自动恢复,保持长期稳定有效。
[0071] 具体实施包括以下步骤:
(I)通过边坡工程地质条件分析边坡地下水深度及需要控制的地下水位,打设虹吸排水孔进入边坡控制地下水位以下,通过调整钻孔深度与角度,如地下水位较浅,则可适当加大水平倾角,减小孔深;反之,则降低倾角,增大孔深,最终控制钻孔口与孔底的垂直高差为11〜12m,例:孔深24m,倾角30°,则所述的垂直高差12m ;孔底放置储水管,排水孔的数量与间距视实际边坡规模及所需排水量的大小而定,排水孔间距不宜超过5m ;
(2)在虹吸排水孔的后缘修建容积约I立方米(1X1X1米)的集水箱,每个集水箱供给10〜30个虹吸排水孔内逆向灌水所需要的水量,约为0.6〜0.7立方米,集水箱内中的设定水位设置在0.6〜0.7米的位置,集水箱上游修建集水盲沟,收集30〜50平方米区域的雨水导流到集水箱,将所述的浮标置于集水箱排水口处;
(3)将所述的浮箱安装于储水箱内,与所述储水箱一侧开的出水口共同组成双向进出水阀,置于低于虹吸排水孔底面海拔高程的坡面上,通过灌水管连接所述的集水箱与储水箱;
(4)将高扬程虹吸排水管放入虹吸排水孔内,所述的进水端位于虹吸储水管中,所述的出水端位于所述的储水箱密封段,密封段汇集所有所述的高扬程虹吸排水管后用止水材料,例如玻璃胶进行密封;
(5)逆向灌水实现初始虹吸:向集水箱内加一定量的水,水通过灌水管进入双向进出水阀,出水口关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管并逆向灌入虹吸储水管,实现初始虹吸,正向虹吸过程启动;
向集水箱中加一定量的水以后,浮标上浮开启排水口,集水箱中的水通过灌水管流入储水箱内,浮箱浮起,出水口被堵住,迫使水从高扬程虹吸排水管向虹吸储水管中流动,见图4 (b)中的b方向,使高扬程虹吸排水管中充满水。
[0072] 待集水箱中水位下降,浮标落下关闭排水口,逆向灌水系统停止作用。浮箱下落,坡内较高的地下水位使水通过虹吸作用通过高扬程虹吸排水管排入储水箱中,并从出水口排出,见图4(a)中的a方向。不断降水直至地下水位降至安全水位以下,虹吸自然停止。
[0073] (6)集水箱收集外部水源来水,水量累积到设定水位时,水自动通过灌水管进入双向进出水阀,出水口关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管并逆向灌入虹吸储水管,排出所述高扬程虹吸排水管内的空气;逆向灌水过程完成后,出水口开启,所述的高扬程虹吸排水管在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡内地下水,控制边坡地下水位在安全水位以下。
[0074] 以上所述的仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等效替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统包括自动排水系统与自动恢复系统,其中: 所述的自动排水系统包括高扬程虹吸排水管(4),所述的高扬程虹吸排水管(4)用于在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡体内地下水,控制边坡地下水位在安全水位(8)以下;所述的自动排水系统包括多根高扬程虹吸排水管(4); 所述的自动恢复系统包括集水系统与逆向压水系统,所述的集水系统用于汇集外部水源来水,所述集水系统中设置设定水位;所述的集水系统与逆向压水系统相连,待所述集水系统集水至设定水位时,外部水源来水进入所述逆向压水系统;所述的逆向压水系统与所述的自动排水系统相连,并通过所述的逆向压水系统对所述的自动排水系统的高扬程虹吸排水管(4)实现由坡体外高扬程虹吸排水管(4)出水端向坡体内高扬程虹吸排水管(4)进水端进行逆向灌水,启动正向虹吸,排出积累于高扬程虹吸排水管(4)内的空气,保证所述自动排水系统虹吸长期有效;所述高扬程虹吸排水管(4)进水端的海拔高程高于所述高扬程虹吸排水管(4)出水端的海拔高程。
2.如权利要求1中所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的自动排水系统包括虹吸排水孔(6)、高扬程虹吸排水管(4)、虹吸储水管(7)、双向进出水阀(5);所述虹吸排水孔(6)的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m;所述的虹吸储水管(7)置于所述的虹吸排水孔(6)底部;所述的高扬程虹吸排水管(4)通过所述的虹吸排水孔(6)进入边坡体内深部,所述的高扬程虹吸排水管(4)进水端置于所述的虹吸排水孔(6)底部的虹吸储水管(7)内,所述的高扬程虹吸排水管(4)出水端放入所述的双向进出水阀(5)中;所述的双向进出水阀(5)以海拔高程低于虹吸排水孔(6)底面海拔高程的方式放置于坡体外的坡面上;所述的双向进出水阀(5)包括出水口(9)、储水箱(11)以及浮箱(10),所述储水箱(11) 一侧开所述出水口(9),另一侧与所述高扬程虹吸排水管(4)出水端相连,所述浮箱(10)位于所述储水箱(11)内,所述浮箱(10)外宽与所述储水箱(11)内宽一致。
3.根据权利要求2中所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的虹吸排水孔(6)的孔口与孔底的垂直高差不低于11〜12m。
4.根据权利要求2中所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的高扬程虹吸排水管(4)内径(5mm。
5.根据权利要求2中所述的逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的虹吸储水管(7)长度> lm,所述虹吸储水管的管径小于所述的虹吸排水孔(6)的孔径。
6.如权利要求1-5任一项所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的逆向压水系统包括灌水管(3)、出水口(9)、储水箱(11)、浮箱(10);所述的储水箱(11) 一端开出水口(9),储水箱(11)另一端汇集全部高扬程虹吸排水管(4),密封和固定所述的储水箱(11)与所述的高扬程虹吸排水管(4)结合部,所述高扬程虹吸排水管(4)出水端进入所述储水箱(11)内;所述的浮箱(10)仅在面向高扬程虹吸排水管(4)进入一端一侧开口。
7.如权利要求1-5任一项所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的集水系统包括集水盲沟(I)和集水箱(2);所述的集水箱(2)内部设置有排水口(13)与浮标(12);所述的集水箱(2)由所述的集水盲沟⑴供水。
8.如权利要求1-5任一项所述的免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统,其特征在于:所述的逆向压水系统包括灌水管(3)、出水口(9)、储水箱(11)、浮箱(10);所述的储水箱(11) 一端开出水口(9),储水箱(11)另一端汇集全部高扬程虹吸排水管(4),密封和固定所述的储水箱(11)与所述的高扬程虹吸排水管(4)结合部,所述高扬程虹吸排水管(4)出水端进入所述储水箱(11)内;所述的浮箱(10)仅在面向高扬程虹吸排水管(4)进入一端一侧开口 ;所述的集水系统包括集水盲沟(I)和集水箱(2);所述的集水箱(2)内部设置有排水口(13)与浮标(12);所述的集水箱(2)由所述的集水盲沟(I)供水,通过所述的灌水管(3)与所述的储水箱(11)相连。
9.一种免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸排水方法,其特征在于,所述的方法包括如下步骤: (1)集水系统汇集外部水源来水,当水量累积到设定水位时,水自动由所述集水系统灌入逆向压水系统; (2)水在由所述集水系统灌入所述逆向压水系统时,逆向压水系统开始工作,将水逆向压入自动排水系统的高扬程虹吸排水管(4)中,排出高扬程虹吸排水管(4)中积累的空气; (3)所述自动排水系统在清除高扬程虹吸排水管(4)中积累的空气后,正向虹吸过程启动,由高扬程虹吸排水管(4)位于坡体内一侧的高扬程虹吸排水管(4)进水端吸水,经高扬程虹吸排水管(4)由位于坡体外一侧的高扬程虹吸排水管(4)出水端流出,实现向坡体夕卜排水;当边坡地下水位一抬升时,所述自动排水系统就立即自动启动虹吸,实时排出坡体内地下水,控制边坡地下水位在安全水位(8)以下。
10.一种免动力逆向压水的自恢复的边坡高扬程虹吸排水方法,其特征在于,所述的方法包括以下步骤: (1)通过边坡工程地质条件分析边坡地下水深度及需要控制的地下水位,打设所述的虹吸排水孔(6)进入边坡潜在滑动面下的安全水位⑶以下,控制所述的虹吸排水孔(6)的孔口与孔底的垂直高差大于10.24m ; (2)连接所述的集水箱(2)与集水盲沟(I),并将所述的浮标(12)置于集水箱(2)排水口 (13)处; (3)将所述的浮箱(10)安装于储水箱(11)内,与所述储水箱(11) 一侧开的出水口(9)共同组成双向进出水阀(5),通过灌水管(3)连接所述的集水箱(2)与储水箱(11);(4)将所述的高扬程虹吸排水管(4)放入虹吸排水孔(6)内,所述的高扬程虹吸排水管(4)进水端位于虹吸储水管(7)中,所述的高扬程虹吸排水管(4)出水端位于储水箱(11)密封段,密封段汇集所有所述的高扬程虹吸排水管(4)后进行密封; (5)逆向灌水实现初始虹吸:向集水箱(2)内加一定量的水,水通过灌水管(3)进入双向进出水阀(5),出水口(9)关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管(4)并逆向灌入虹吸储水管(7),实现初始虹吸,正向虹吸过程启动; (6)集水箱(2)收集外部水源来水,水量累积到设定水位时,水自动通过灌水管(3)进入双向进出水阀(5),出水口(9)关闭,水进入所述的高扬程虹吸排水管(4)并逆向灌入虹吸储水管(7),排出所述高扬程虹吸排水管(4)内的空气;逆向灌水过程完成后,出水口(9)开启,所述的高扬程虹吸排水管(4)在边坡地下水位抬升时就立即自动启动正向虹吸,实时排出坡内地下水,控制边坡地下水位在安全水位(8)以下。
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