CN108166477A - 一种水库滑坡智能降水井及水库滑坡智能降水防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库滑坡智能降水井及水库滑坡智能降水防治方法，所述智能降水井，由降水井和智能控制系统组成，将智能降水井与弧形排水沟均匀布设在受地下水位波动影响的滑坡体上；智能降水井深入滑坡滑动面以下，通过智能控制潜水泵抽水，使滑坡地下水位与库水位同步下降，在库水位下降时快速降低滑坡内地下水位，将滑坡内地下水位降至滑动面以下或与最低库水位同一高程，消除地下水滞后效应，减小滑坡内动水压力作用；本发明的水库滑坡智能降水井及其防治方法实施简便、效率高、成本低，可高效地自动抽取滑坡内地下水，智能控制滑坡地下水位与库水位之间的水头差，减小库水位下降对滑坡造成的不利影响，从而有效提高水库滑坡的稳定性。

Description

一种水库滑坡智能降水井及水库滑坡智能降水防治方法

技术领域

本发明属于滑坡防治技术领域，具体涉及受到库水位波动影响的动水压力 型滑坡的智能防治装置及防治方法。

背景技术

随着我国经济建设高速发展，大型水利水电工程相继在地质条件复杂、滑 坡地质灾害频发区建设，带来巨大经济效益的同时也在库区内诱发了许多水库 滑坡。

水库滑坡由于其特殊的库区水文条件，与一般的滑坡、边坡不同，水库滑 坡的变形演化会随着库水位的波动呈现出周期性规律。在我国的三峡库区，大 量滑坡(如白水河滑坡、黄土坡滑坡等)的监测资料显示，在库水位下降期滑 坡变形明显加剧，而库水位上升期和平稳期变形几乎不增长，整体位移曲线随 时间呈“阶跃式”变化规律。这是因为库水位下降时，滑坡体内的地下水位往往滞 后于库水位的下降。导致滑坡中部地下水位与库水位之间的水头差增加，从而 产生指向坡外的渗透压力，增加滑坡的下滑力。所以，库区内滑坡往往运动形 式也表现为下部变形大于上部的牵引式。

目前工程中常用的滑坡防治措施有抗滑防治结构、地表排水沟、前缘护坡 等措施，抗滑结构措施主要以抗滑桩为主。抗滑桩的工作原理是为桩后的滑体 提供足够的抗滑力，从应力场的角度控制滑坡的稳定性，这种措施对于滑坡推 力来自中后部的推移式滑坡效果明显。但对于渗流场起主导作用的动水压力型 滑坡，由于其运动形式一般为牵引式，在植入抗滑桩以后，桩前滑体仍会在库 水作用的影响下不断变形。桩前滑体的变形会造成抗滑桩桩前抗力的缺失，使 滑坡-抗滑桩体系的长期稳定性难以得到保障。

发明人发现，在库区地质灾害治理工程中，对于动水压力型滑坡还是在采 用传统的抗滑桩等措施进行治理。虽然在设计抗滑桩时会按经验适当提高安全 储备，增加抗滑桩的抗滑力，但是这种做法治标不治本，不仅对桩前滑体起不 到防治作用，而且还会造成经济浪费。此外，由于动水压力型滑坡的主控因素 是地下水，在长期的周期性库水位波动作用下，周期性变化的动态渗透压力对 于滑坡和抗滑桩形成一种循环加载，而在循环荷载作用下的滑坡-抗滑桩体系的 长期安全性难以得到保障。但是，由于库水位周期性变化，传统的地下排水方 法很难应用于水库滑坡治理工程。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可保证高效、经济地控制滑坡变形， 且对渗流场和地下水环境的扰动小的水库滑坡智能降水井及其防治方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种水库滑坡智 能降水井，包括降水井和智能控制系统两个部分；所述降水井的底部位于滑坡 滑动面的下方，其内部的吸水口位于所述滑坡滑动面下方，位于潜水泵的上方； 所述智能控制系统包括水位计、库水位接收器及电子控制器；所述水位计位于 所述降水井的底部，监测所述降水井内水位值并传输至所述电子控制器，所述 库水位接收器将接收的库水位值传输至所述电子控制器处理，所述电子控制器 处理接收的地下水位和库水位值，并根据其处理的对比结果控制所述潜水泵的 开关。

优选地，所述降水井包括地面以上的出水管、地面以下由外向内依次设置 砂砾滤水层、混凝土管和输水管，所述输水管的一端与所述吸水口连通，其另 一端与所述出水管的一端连通，所述出水管的另一端位于排水沟的上方。

优选地，所述出水管上设有阀门。

优选地，所述降水井的下方填充粗砂层，所述潜水泵位于所述粗砂层中。

优选地，所述智能控制系统还包括电源，所述电源为所述库水位接收器、 电子控制器供电，所述电子控制器与所述潜水泵通过电缆电性连接。

优选地，所述水位计位于滑坡滑动面以及地下水低水位线下方。

优选地，所述电源、库水位接收器及电子控制器位于所述降水井后方的地 下箱体内。

本发明实施例还提供了一种采用所述智能降水井的水库滑坡智能防治方 法，包括以下步骤：

(1)采集待治理滑坡的运动数据，确定其运动形式为牵引式滑坡、推移式 滑坡或两种运动形式均存在的混合式滑坡；

(2)确定待治理滑坡为牵引式滑坡或混合式滑坡时，通过地下水位监测获 取滑坡渗流场随库水位的变化规律之后，在地下水位出现滞后效应的坡体表面 布设多排排水沟，所述排水沟在滑坡中剖面线上海拔最高，在滑坡两侧边界处 海拔低，在水平面上呈弧形分布；

(3)每排所述排水沟的后方布设多个智能降水井，所述智能降水井的井数 由滑坡中前部往中后部逐渐增多，井间距根据滑坡规模和抽水试验的降落漏斗 半径共同确定；

(4)通过所述智能降水井的库水位接收器和水位计实时获取库水位数据和 井内地下水位数据，并传输至电子控制器进行处理，电子控制器根据公式(1) 动态调节降水井水泵抽水，即控制滑坡地下水位与库水位之间的水头差，减小 动水压力从而防治滑坡变形；

其中，J为动水压力，Δh为水头差，γ_w为水的重度，L为渗流路径长度，i 为水力梯度，A为过水断面面积。

与相关技术相比，本发明实施例提供的技术方案的有益效果是，本发明实 施例的一种水库滑坡智能降水井，库水位接收器无线接收库水位监测装置获取 的实时数据或官方发布的库水位实时数据，并将库水位数据传输给电子控制器； 电子控制器通过降水井内水位计获取降水井内地下水位；电子控制器对库水位 信号和地下水位信号同时识别处理，当识别库水位开始下降时，电子控制器向 所述潜水泵发出启动指令，使滑坡内地下水位与库水位同步下降，从而消除地 下水位的滞后效应，减小不利于坡体稳定的渗透压力；当地下水位低于滑坡滑 动面以下2～3米或者不高于库水位时，将发出待机指令，直至地下水位升至滑 坡滑动面深度或高出库水位，再次向潜水泵发出启动指令，如此循环；当电子 控制器分析判断库水位平稳或上升时，电子控制器将通过所述电缆向所述潜水 泵发出停止指令，避免了设备损耗；本发明实施例的智能降水井降水方法能够 有效降低库水位波动导致的滑坡动水压力，减小滑坡的变形并提高其稳定性； 具有智能、高效、经济的特点，尤其适用于受库水位下降作用而变形的牵引式 水库滑坡。

附图说明

图1为本发明实施例的水库滑坡智能降水井结构示意图；

图2为本发明实施例的水库滑坡地下水滞后效应示意剖面图；

图3为本发明实施例的水库滑坡智能防治方法实施工作示意剖面图；

图4为本发明实施例的水库滑坡智能防治方法实施工作示意平面布置图。

其中：智能降水井1、地下水低水位线2、滑坡滑动面3、吸水口4、粗砂 层5、潜水泵6、水位计7、电缆8、砂砾滤水层9、输水管10、混凝土管11、 库水位接收器12、电子控制器13、电源14、阀门15、出水管16、排水沟17、 库高水位线18、库低水位线19、滑坡中剖面线20、滑坡边界21。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明 实施方式作进一步地描述。

请参考图1、2，本发明的实施例提供了一种水库滑坡智能降水井，所述智 能降水井1包括降水井和智能控制系统两个部分，所述智能控制系统监测降水 井内的水位信息；所述降水井的底部位于滑坡滑动面3的下方，其内部的吸水 口4位于所述滑坡滑动面3下方，位于潜水泵6的上方，潜水泵6抽吸地下水 经吸水口4通过降水井排出；所述智能控制系统包括水位计7、库水位接收器 12及电子控制器13；所述水位计7位于所述降水井的底部，监测所述降水井内 水位值无线传输至所述电子控制器13，所述库水位接收器12将无线接收的库水 位值传输至所述电子控制器13，所述电子控制器13对库水位信号和地下水位信号同时识别处理，当识别库水位开始下降时，电子控制器13向所述潜水泵6发 出启动指令，使滑坡内地下水位与库水位同步下降，从而消除地下水位的滞后 效应，减小不利于坡体稳定的渗透压力；当地下水低水位线2低于滑坡滑动面3 以下2～3米或者不高于库低水位线19时，将发出待机指令，暂停抽水，直至地 下水水位高于滑坡滑动面3或高出库高水位线18时，再次向潜水泵6发出启动 指令，如此循环；当电子控制器13分析判断库水位平稳或上升时，电子控制器 13向所述潜水泵6发出停止指令，不再抽取地下水。

进一步地，所述降水井还包括地面以上的出水管16、由外向内依次设置的 砂砾滤水层9、混凝土管11和输水管10；所述输水管10的一端与所述吸水口4 连通，其另一端与所述出水管16的一端连通，所述出水管16的另一端位于排 水沟17的上方。需要排出地下水时，通过潜水泵6抽取地下水，经吸水口4通 过输出管10和出水管16排出至排水沟17中。所述吸水口4位于滑坡滑动面3 以下2～3米，以保证降水深度达到滑坡滑动面3以下。

进一步地，所述出水管16上设有阀门15。所述阀门15控制排出水的速度。

进一步地，所述降水井的下方填充粗砂层5，所述潜水泵6位于所述粗砂层 5中。以保证潜水泵6底座的稳定性。

进一步地，所述智能控制系统还包括电源14，所述电源14为所述库水位接 收器12、电子控制器13供电，所述电子控制器13与所述潜水泵6通过电缆8 电性连接。

进一步地，所述水位计7位于滑坡滑动面3以及地下水低水位线2下方， 保证水位计7可监测地下水低水位线2以下的水位值。

进一步地，所述电源14、库水位接收器12及电子控制器13位于所述降水 井后方的地面以下的箱体内。

本发明实施例还提供了一种采用所述智能降水井的水库滑坡智能防治方 法，包括以下步骤：

(1)采集待治理滑坡的运动数据，确定其运动形式为牵引式滑坡、推移式 滑坡或两种运动形式均存在的混合式滑坡；

(2)确定待治理滑坡为牵引式滑坡或混合式滑坡时，通过地下水位监测获 取滑坡渗流场随库水位的变化规律之后，在地下水位出现滞后效应的坡体表面 布设多排呈弧形分布的排水沟17，沿滑坡的中剖面线上的所述排水沟17海拔最 高，在滑坡两侧边界处的所述排水沟17海拔低；

(3)每排所述排水沟17的后方布设多个智能降水井1，所述智能降水井1 的深度应深入所述滑坡滑动3以下，井数由滑坡中前部往中后部逐渐增多，井 间距根据滑坡规模和抽水试验的降落漏斗半径共同确定；所述智能降水井1的 布设原则为滑坡中前部地下水滞后效应小的部位井数可适当减小，而中后部地 下水滞后效应明显的部位井数应适当增加；

(4)通过所述智能降水井1的库水位接收器12和水位计7实时获取库水 位数据和井内地下水位数据，并传输至电子控制器13进行处理，电子控制器13 根据公式(1)动态调节降水井水泵抽水，即控制滑坡地下水位与库水位之间的 水头差，减小动水压力从而防治滑坡变形；

其中，J为动水压力，Δh为水头差，γ_w为水的重度，L为渗流路径长度，i 为水力梯度，A为过水断面面积。

实施例二

参照附图3、4，采用本发明实施例一的水库滑坡智能降水井及其降水防治 方法在水库滑坡上设置所述智能降水井1，在滑坡上布设多排弧形排水沟17， 在排水沟17的后方设置多个所述智能降水井1，根据滑坡中前部地下水滞后效 应小，而中后部地下水滞后效应明显的原则按弧度布设所述智能降水井1，使沿 滑坡中剖面线20上的排水沟17的海拔高，沿滑坡边界21上的排水沟17的海 拔低。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中 以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。 应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水库滑坡智能降水井，其特征是，包括降水井和智能控制系统两个部分，所述智能控制系统监测降水井内的库水位信息；所述降水井的底部位于滑坡滑动面的下方，其内部的吸水口位于所述滑坡滑动面下方，位于潜水泵的上方，潜水泵抽取地下水通过所述吸水口排出；所述智能控制系统包括水位计、库水位接收器及电子控制器；所述水位计位于所述降水井的底部，监测所述降水井内地下水位值并传输至所述电子控制器，所述库水位接收器将接收的库水位值传输至所述电子控制器处理，所述电子控制器处理接收的地下水位和库水位值，并根据其处理的对比结果控制所述潜水泵的开关。

2.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述水位计对地下水位实时监测，并将监测的地下水位数据传输至所述电子控制器；所述库水位接收器将接收的实时库水位数据传输至所述电子控制器；所述电子控制器将接收的实时地下水位数据与实时库水位数据进行处理识别，识别结果为库水位开始下降时，所述电子控制器向所述潜水泵发出启动指令，使滑坡内地下水位与库水位同步下降直至滑坡内地下水位下降至滑坡滑动面以下2～3米处或不高于库低水位线时，潜水泵处于待机状态，暂停抽水；识别结果为库水位开始平稳或上升时，所述电子控制器向所述潜水泵发出断开指令，停止抽取地下水。

3.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述降水井包括地面以上的出水管、地面以下由外向内依次设置砂砾滤水层、混凝土管和输水管，所述输水管的一端与所述吸水口连通，其另一端与所述出水管的一端连通，所述出水管的另一端位于排水沟的上方。

4.根据权利要求3所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述出水管上设有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述降水井的下方填充粗砂层，所述潜水泵位于所述粗砂层中。

6.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述智能控制系统还包括电源，所述电源为所述库水位接收器、电子控制器供电，所述电子控制器与所述潜水泵通过电缆电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述水位计位于滑坡滑动面以及地下水低水位线下方。

8.根据权利要求1所述的一种水库滑坡智能降水井，其特征是，所述电源、库水位接收器及电子控制器位于所述降水井后方的地下箱体内。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种采用所述水库滑坡智能降水井智能防治水库滑坡的防治方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)采集待治理滑坡的运动数据，确定其运动形式为牵引式滑坡、推移式滑坡或两种运动形式均存在的混合式滑坡；

(2)确定待治理滑坡为牵引式滑坡或混合式滑坡时，通过地下水位监测获取滑坡渗流场随库水位的变化规律之后，在地下水位出现滞后效应的坡体表面布设多排排水沟，在滑坡中剖面线上的所述排水沟海拔最高，在滑坡两侧边界处的所述排水沟海拔低，在水平面上呈弧形分布；

(3)每排所述排水沟的后方布设多个智能降水井，所述智能降水井的井数由滑坡中前部往中后部逐渐增多，井间距根据滑坡规模和抽水试验的降落漏斗半径共同确定；

(4)通过所述智能降水井的库水位接收器和水位计实时获取库水位数据和井内地下水位数据，并传输至电子控制器进行处理，电子控制器根据公式(1)动态调节降水井水泵抽水，即控制滑坡地下水位与库水位之间的水头差，减小动水压力从而防治滑坡变形；

其中，J为动水压力，Δh为库水位与地下水位之间的水头差，γ_w为水的重度，L为渗流路径长度，i为水力梯度，A为过水断面面积。