CN110700288A - 一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程地质滑坡灾害防治技术领域，公开了一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法及系统，通过在滑坡体上布置深部集排水井，在滑坡体集水井水位与库水位差达到预设阈值时，启动抽水系统排出地下水，降低坡内外水头差，从而达到改善滑坡稳定性的目的；通过分散式集水井群分阶段配合排水能够削除滑坡中因库水位下降产生的动水压力，达到滑坡防治的目的。所涉及的结构装置具体包括：集水系统、水位监测系统、抽排水自动控制系统、抽水系统、坡表导排水系统。本发明具有针对性、施工便捷、造价低、耐久性好的特点，同时能够解决大型库岸滑坡治理难度大、成本高、效果差的难题。

Description

一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法及系统

技术领域

本发明属于工程地质滑坡灾害防治技术领域，尤其涉及一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法及系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

由于水库水位下降，滑坡体中的地下水在短时间内不能立即排出坡体，斜坡体内会产生动水压力。对于有些库岸滑坡，其稳定性受控于库水位下降所产生的动水压力作用，此类滑坡称为动水压力型滑坡。动水压力型滑坡分布广泛且占据滑坡灾害的很大比重，其特征为滑坡对库水位下降过程中滑坡体中地下水变化极为敏感，动水压力的存在对于边坡稳定极为不利。如果不及时有效的减小因诱发因素产生的动水压力的影响，在库水位下降过程中容易诱发滑坡的变形甚至破坏。

目前常见滑坡排水手段有坡表截排水沟、排水隧洞、排水盲沟等，然而，这些方法不能满足动水压力型滑坡防治需求。滑坡排水措施主要是通过阻截地表水入渗的坡表排水和疏导地下水通道的地下排水两种方式。目前的滑坡排水，通常采用坡表截排水沟阻截坡顶地表水进入坡体，无法消除库水位变动产生的影响，对于大型动水压力型滑坡排水削弱动水压力影响不适用。排水隧洞等施工难度大、成本高，由于滑坡体内部变形使得排水隧洞容易开裂不能形成连续完整的地下水流通道，往往一段时间后排水作用易失效。其他排水措施如虹吸排水，目前，主要用于公路边坡等浅表层滑坡的排水，该方法由于虹吸机理的虹吸高度限制，排水效率较低，虹吸管内容易有气泡存留，导致排水管失效。此外公路工程中采用的其他排水防治方式，如大直径集水井串联排水，主要通过近水平通道串联各个大孔径竖井，将水排出坡体。然而动水压力型滑坡体处变形状态，排水通道容易开裂、堵塞失效，该方法针对性不强。因此，针对动水压力型滑坡开展防治手段创新，对于库岸滑坡防治具有重要意义。

关于滑坡排水方法，相关专利和文献著作已经做过不少论述，李长冬等所述排水专利，通过三维排水结构将地下水通过坡表分级由较高位置逐步向坡脚引流，达到排水目的；韩叙领其实现方法为在坡体中开挖大直径的井，然后在各个井中设置水平向排水管将其串联，将地下水由高程较高的地方逐步通过大孔径集水井向低处引流最终排出坡体。以上所述滑坡排水方法和机理均与本发明具有明显差异。

综上所述，现有技术存在的主要问题是：

(1)排水隧洞等施工难度大、成本高，由于滑坡体内部变形使得排水隧洞容易开裂不能形成连续完整的地下水流通道，往往一段时间后排水作用失效。

(2)其他排水措施如虹吸排水，由于虹吸机理的虹吸高度限制，排水效率较低，虹吸管容易堵，且虹吸管内容易有气泡存留，导致排水管失效。

解决上述技术问题的难度：

解决上述问题需要大幅提高地下排水连通管道强度或变形协调能力，一方面会极大提高成本；另一方面，由于大多动水压力型库岸滑坡具有持续变形的特点，滑坡累计位移可达数米，保证排水隧洞不因滑坡变形而产生破坏具有非常大的难度。因此需要新的排水手段克服上述问题，实现动水压力型滑坡针对性治理。

解决上述技术问题的意义：

随着经济社会的快速发展，大型水利水电设施的兴建，带来了许多水库地质灾害问题。大型水库周期性大幅改变库水位，产生了大量的动水压力型滑坡，滑坡防治需求突出。解决上述技术问题，实现动水压力型滑坡针对性防治，提高动水压力型滑坡防治有效性，对于保障库区人民生命财产安全和水库运行安全具有重要的社会意义与经济价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法及系统。

本发明是这样实现的，一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，包括：

通过在滑坡体中后部位置布置的多个分散式集水深井监测设备，实时监测水库水位与滑坡体中地下水位，获取两者水头差。监测到水库水位与滑坡体中地下水位水头差达到特定阈值时，启动抽排水井进行井点排水，降低动水压力；并利用抽排水自动控制系统确定抽排水井开启工作的井点的位置、数量、开启时间、持续时间。

(1)库水位采集

实时采集水位，获取到的库水位高度序列数据(记为h_k)。

(2)井点水位确定

通过各井点的地下水位监测设备，分别采集各个井点中与库水位高度序列同步的滑坡体中地下水位，并记反应滑坡体抽水井附近的地下水水位值为h_j：

式中n为滑坡体中布设井点的个数(个)；h_i为各个井点中地下水位(m)。

并由此得到两者的水头差值

△h＝h_j-h_k (2)

(3)水位差阈值确定

根据滑坡的变形迹象，对滑坡进行勘察查明滑坡的工程地质条件，建立滑坡稳定性评价模型，以下对边坡稳定性评价中瑞典条分发作简要说明，其他条分发均适用，见图1所示。

滑坡的安全系数可表示为

式中，N为土颗粒之间的接触压力(有效压力)，α为土条底面与水平方向的夹角，β为土条浸润线与水平方向的夹角；L为土条的宽度。

W₁为土条浸润线以上土体的重力，W₂为土条中浸润线以下土体的饱和重力，P_a、P_b、U分别为AB、CD、BC边静水压力的合力，

工程中为了简化，通常令β＝α，由此

可知，在库水位下降过程中影响坡体稳定性的因素涉及滑体含水层厚度h_m (m)即滑坡中地下水浸润线的位置。

通过上述过程进行迭代可求解滑体中不同含水层厚度即滑坡体不同含水量和对应库水位的工况条件下的滑坡稳定性。水库进行人为调蓄可得到不同时间段对应的库水位下降值，根据上述过程取极限状况下滑坡稳定性系数F_s＝1，由上述过程可得到极限状态下的对应的滑坡体中地下水位和库水位，求得滑坡体地下水位与库水位差值△h₀作为后续启用抽排水水泵的阈值。

(4)开启数量

由饱和非饱和土力学及地下水动力学相关理论，对于滑坡体堆积层岩土体其地下水渗流满足Darcy定律结合Dupuit稳定潜水井流，将其概化则达到特定阈值时抽水量为

式中，K为潜在滑坡岩土体渗透系数(m/d)，由抽水试验确定；L’为集水井距离水库水位边界的水平距离(m)；r为集水井井径(m)；h_j、h_k分别为 F_s＝1条件下的对应井点水位(m)和库水位(m)。

由此可得到所需的排水井的数量

n＝Q_总/Q₀ (8)

式中，Q₀为单个集水井的抽排水流量，Q_总为滑坡体排水总量。

(5)开启位置

根据滑坡勘察数据，重点分析滑坡中地下水储藏状态及运移情况，依此选定集水井的位置，确保集水井所在区域能覆盖滑坡体受动水压力影响范围，同时根据地形、地貌、地层岩性等可采取不等间距梅花状布置方式，进一步提升集水井的效率，提高滑坡的稳定性。在确定抽水井数量基础上，开启抽水井的总体的原则为：中部到两侧，间隔呈梅花状。

即在抽水强度无需达到所有井均开启工作的需求时开启部分抽排水井，井点的开启位置呈梅花状且间隔开启提高排水效率。

(6)开启时间与结束时间

水库进行人为调蓄开始，可根据调蓄需求设定该阶段的最低库水位值求得阈值△h₀，当水库水位下降幅度达到一定范围，即△h接近△h₀时即启用抽排水水泵开启工作；当库水位停止下降，即库水位调蓄至稳定水位时，滑坡体内外水头差逐渐减小，水库水位稳定一段时间后即可停止抽排水。由此可确定各个集水井的抽排水作用时间、启用阶段及抽水持续时间等。

进一步，启动抽排水井进行井点排水时，利用抽排水泵将地下水排出，同时利用坡表导排水水沟将井中地下水导流至滑坡周界以外。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法的滑坡工程防护设备。

本发明的另一目的在于提供一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治装置及系统，所涉及的结构装置具体包括：集水系统、水位监测系统(地下水位和库水位)、抽排水自动控制系统、抽水系统、坡表导排水系统；

集水系统，集排水井点设置在滑坡中后部的岩土体深部，在低水位时对应的滑坡中地下水水位以下1m左右保障坡体的排水效果或滑带以下1m，两者深度最小值，集水井点在平面上呈梅花状分布，井壁通过反滤层保障井周具有良好的渗水性。根据滑坡工况，确定井点的位置和距离，井底设置抽排水泵。

水位监测系统，包括各井点地下水位监测系统、库水位监测系统；对水位进行实时监测，采集数据后传送到地下水抽排水自动控制系统，通过抽排水试验，结合水位监测系统选定各个井点的位置、水泵的工作时段等。利用抽水试验采集数据，根据实时水位监测数据，对比低库水位时的滑坡中地下水位值与库水位值，计算水位预警阈值，当水位差达到阈值时开启抽水系统，由地下水抽排水自动控制系统控制各个集抽水井点需要开启工作的范围、水泵台数、井点位置、开启时段、抽排水持续时间，不同井点之间相互配合实现即时排水。

抽排水自动控制系统，对抽水系统进行控制，保障在水头差达到阈值时滑坡中地下水能够及时高效的排出。

抽水系统，主要为保障井点中地下水能按照预期的抽排水需要及时高效的排出坡体。

坡表导排水系统，为纵横交错的坡表导排水沟，每个井点与排水沟相通，为集水井中排出的地下水提供导流通道，将排出的地下水导流至排水沟排出滑坡区范围，根据滑坡地形地貌应结合滑坡周界原有的排水沟，辅以坡表修筑排水沟和排水管将地下水排出坡体范围。

进一步，本发明通过水位监测系统联合抽排水自动控制系统控制抽排水井，利用实时监测数据调节每个井点的工作状态，配合各个井点的抽排水情况达到控制坡体地下水的目的；通过控制各个井点的抽水泵的工作与否，根据滑坡井点位置设置不同库水位下降过程中的抽排水能力和强度，另外，只在库水位与滑坡体中地下水位水头差达到阈值时开启抽排水井，自动抽排水系统根据库水位监测数据，调控集排水井的位置、开启时间、持续时间等，即可起到针对性和即时性，同时又能经济节能，此外，通过分时段抽排水不会导致长期排水造成改变坡体原有地下水含量的情况。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

(1)对动水压力型滑坡受控于库水位变化的特性进行针对性防治，通过自动抽排水系统将抽排水效果进行实时反馈，能够有效且高效地排出坡体中的地下水，针对性的消除动水压力的影响。

(2)通过分时段排水，根据库水位下降情况调节抽水作用时间和抽水泵工作台数，起到保证排水效果的同时节约能源；排水设备启动后仅排出因库水位下降过程产生的动水压力增加的那部分地下水。

(3)多个井点共同作用每个井点布置水泵抽水，根据库水位下降情况以及库水下落的幅度的不同和井点位置的区别，调节每个井点中水泵的工作状态达到防治要求，且保证排水防治效果和效率。

(4)此外，相对于目前滑坡工程的防治现状，本发明施工便捷、工程造价较低、排水效果显著，且耐久性好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法的集排水井工作原理图。

图3是本发明实施例提供的井点布设方式和分布位置平面示意图。

图4是本发明实施例提供的单个井点的结构图。

图中：A、抽排水泵；B、水位监测；G、不同库水位条件滑坡体中地下水浸润线；1、滑坡体；2、集排水井；3、坡表导排水沟；4、高库水位；5、低库水位；6、滑坡周界排水沟；7、抽排水设备；8、集水井点水位监测设备；9、集水井内壁支护；10、集水井壁周反滤层；11、滑坡体岩土体；12、抽排水导流管；13、抽排水设备供电线。

图5是本发明实施例提供的瑞典条分法土条受力分析图。

图6是本发明实施例提供的不同工况条件下滑体渗流场及稳定性变化图。

图中：(a)175m稳定库水位滑坡体渗流场分布图；(b)175m稳定库水位滑坡体稳定性系数图；(c)库水位以0.5m/d持续下降30d、175m—160m滑坡体渗流场图；(d)库水位以0.5m/d持续下降30d、175m—160m滑坡体稳定性系数图；(e)库水位以0.5m/d持续下降30d、175m—160m期间以单位流量 15m/d排水滑坡体渗流场图；(f)库水位以0.5m/d持续下降30d、175m—160m 期间以单位流量15m/d排水滑坡体稳定性系数图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法、装置及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，包括：

通过在滑坡体中后部位置布置的多个分散式集水深井监测水库水位与滑坡体中地下水位水头差,即由公式(1)～(2)得到两者水头差值△h。由于库水位为人为调蓄，可根据调蓄需求设定该阶段的库水位值，即由公式(6)通过迭代求库水位下降阶段对应的滑坡稳定性，取F_s＝1得到该时间段对应的水库预警阈值求得阈值△h₀，监测到水库水位与滑坡体中地下水位水头差达到特定阈值时，当△h当水库水位下降幅度达到一定范围，即△h接近△h₀时即启用抽排水水泵开启工作，由公式(7)～(8)计算可得到抽排水井的数量、抽水总量、抽水持续时间，及抽水井的位置；启动抽排水井进行井点排水，降低动水压力；并利用抽排水自动控制系统确定抽排水井开启工作的井点的位置、数量、开启时间、持续时间。

启动抽排水井进行井点排水时，利用抽排水泵将地下水排出，同时利用坡表导排水水沟将井中地下水导流至滑坡周界以外。

本发明是这样实现的，一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，包括：

通过在滑坡体中后部位置布置的多个分散式集水深井监测设备，实时监测水库水位与滑坡体中地下水位，获取两者水头差。监测到水库水位与滑坡体中地下水位水头差达到特定阈值时，启动抽排水井进行井点排水，降低动水压力；并利用抽排水自动控制系统确定抽排水井开启工作的井点的位置、数量、开启时间、持续时间。

(1)库水位采集

实时采集水位，获取到的库水位高度序列数据(记为h_k)。

(2)井点水位确定

通过各井点的地下水位监测设备，分别采集各个井点中与库水位高度序列同步的滑坡体中地下水位，并记反应滑坡体抽水井附近的地下水水位值为h_j：

式中n为滑坡体中布设井点的个数(个)；h_i为各个井点中地下水位(m)。

并由此得到两者的水头差值

△h＝h_j-h_k (2)

(3)水位差阈值确定

根据滑坡的变形迹象，对滑坡进行勘察查明滑坡的工程地质条件，建立滑坡稳定性评价模型，以下对边坡稳定性评价中瑞典条分发作简要说明，其他条分发均适用，见图5所示。

滑坡的安全系数可表示为

式中，N为土颗粒之间的接触压力(有效压力)，α为土条底面与水平方向的夹角，β为土条浸润线与水平方向的夹角；L为土条的宽度。

W₁为土条浸润线以上土体的重力，W₂为土条中浸润线以下土体的饱和重力，P_a、P_b、U分别为AB、CD、BC边静水压力的合力，

工程中为了简化，通常令β＝α，由此

可知，在库水位下降过程中影响坡体稳定性的因素涉及滑体含水层厚度h_m (m)即滑坡中地下水浸润线的位置。

通过上述过程进行迭代可求解滑体中不同含水层厚度即滑坡体不同含水量和对应库水位的工况条件下的滑坡稳定性。水库进行人为调蓄可得到不同时间段对应的库水位下降值，根据上述过程取极限状况下滑坡稳定性系数F_s＝1，由上述过程可得到极限状态下的对应的滑坡体中地下水位和库水位，求得滑坡体地下水位与库水位差值△h₀作为后续启用抽排水水泵的阈值。

(6)开启数量

由饱和非饱和土力学及地下水动力学相关理论，对于滑坡体堆积层岩土体其地下水渗流满足Darcy定律结合Dupuit稳定潜水井流，将其概化则达到特定阈值时抽水量为

式中，K为潜在滑坡岩土体渗透系数(m/d)，由抽水试验确定；L’为集水井距离水库水位边界的水平距离(m)；r为集水井井径(m)；h_j、h_k分别为 F_s＝1条件下的对应井点水位(m)和库水位(m)。

由此可得到所需的排水井的数量

n＝Q_总/Q₀ (8)

式中，Q₀为单个集水井的抽排水流量，Q_总为滑坡体排水总量。

(7)开启位置

根据滑坡勘察数据，重点分析滑坡中地下水储藏状态及运移情况，依此选定集水井的位置，确保集水井所在区域能覆盖滑坡体受动水压力影响范围，同时根据地形、地貌、地层岩性等可采取不等间距梅花状布置方式，进一步提升集水井的效率，提高滑坡的稳定性。在确定抽水井数量基础上，开启抽水井的总体的原则为：中部到两侧，间隔呈梅花状。

即在抽水强度无需达到所有井均开启工作的需求时开启部分抽排水井，井点的开启位置呈梅花状且间隔开启提高排水效率。

(6)开启时间与结束时间

水库进行人为调蓄开始，可根据调蓄需求设定该阶段的最低库水位值求得阈值△h₀，当水库水位下降幅度达到一定范围，即△h接近△h₀时即启用抽排水水泵开启工作；当库水位停止下降，即库水位调蓄至稳定水位时，滑坡体内外水头差逐渐减小，水库水位稳定一段时间后即可停止抽排水。由此可确定各个集水井的抽排水作用时间、启用阶段及抽水持续时间等。

在本发明实施例中，启动抽排水井进行井点排水时，利用抽排水泵将地下水排出，同时利用坡表导排水水沟将井中地下水导流至滑坡周界以外。

如图1本发明实施例提供的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法中，提供一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治系统包括：集水系统、水位监测系统(地下水位和库水位)、抽排水自动控制系统、抽水系统、坡表导排水系统。

集水系统，集排水井点设置在滑坡中后部的岩土体深部，在低水位时对应的滑坡中地下水水位以下1m左右保障坡体的排水效果或滑带以下1m，两者深度最小值，集水井点在平面上呈梅花状分布，井壁通过反滤层保障井周具有良好的渗水性。根据滑坡工况，确定井点的位置和距离，井底设置抽排水泵。

水位监测系统，包括各井点地下水位监测系统、库水位监测系统；对水位进行实时监测采集数据后传送到地下水抽排水自动控制系统。通过抽水试验采集数据，根据实时水位监测数据，对比低库水位时的滑坡中地下水位值与库水位值，设置水位预警阈值，当水位差达到阈值时开启抽水系统，由地下水抽排水自动控制系统控制各个集抽水井点需要开启工作的范围、水泵台数、井点位置、开启时段、抽排水持续时间，不同井点之间相互配合实现即时排水。

抽排水自动控制系统，对抽水系统进行控制，保障在水头差达到阈值时滑坡中地下水能够及时高效的排出。

坡表导排水系统，为纵横交错的坡表导排水沟，每个井点与排水沟相通，为集水井中排出的地下水提供导流通道，将排出的地下水导流至排水沟排出滑坡区范围，根据滑坡地形地貌应结合滑坡周界原有的排水沟，辅以坡表修筑排水沟和排水管将地下水排出坡体范围。

在本发明实施例中，本发明通过水位监测系统联合抽排水自动控制系统控制抽排水井，利用实时监测数据调节每个井点的工作状态，配合各个井点的抽排水情况达到控制坡体地下水的目的；通过公式(7)～(8)计算得到后抽排水总量Q_总、井点数量n，并由此确定开启及持续时间，通过抽排水自动控制系统控制各个井点的抽水泵的工作与否，根据滑坡井点位置设置不同库水位下降过程中的抽排水能力和强度，另外，只在库水位与滑坡体中地下水位水头差达到阈值时开启抽排水井，自动抽排水系统根据库水位变化情况，调控集排水井的位置、开启时间、持续时间等，即可起到针对性和即时性，同时又能经济节能，此外，通过分时段抽排水不会导致长期排水造成改变坡体原有地下水含量的情况。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

本发明提供一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，所述排水方法所涉及的结构装置，包括集水系统、水位监测系统(地下水位和库水位)、抽排水自动控制系统、抽水系统、坡表导排水系统。

其中，图2为该排水方法的实现原理示意图。其结构框图如图1所示，包括集水系统、水位监系统、抽排水自动控制系统、抽水系统、地下水导排系统。

图3为集抽排水井点在滑坡体上的平面布置、分布方式、间距以及集排水间的坡表排水沟的相对位置分布图。

图6为单个井点的结构图。

所述排水系统中，集水系统成井前应根据滑坡的工程地质水文地质情况选定适当的位置，采用钻孔成孔测定不同位置滑坡中地下水位的大体情形，机械成井后在井外壁设置带孔的套管与具有反滤层结构的土工织物贴合，井内壁同样采用带孔护壁套管保证地下水深入井中顺畅。之后采用抽排水试验确定集水井的位置、抽水泵的性能，保证滑坡防治的合理性和针对性。

所述的集排水抽水系统E包括各个集水井点2和井底的抽排水泵组成，集水井点在滑坡体上呈现出梅花状不均匀分布，其布设效果如图5所示，不等间距的布置方式主要考虑到滑坡岩土体的各向异性，由此保证抽排水效果，同时垂直于滑坡走向方向上各个井点之间在抽排水过程中，井点辐射范围内的地下水不同时向同一方向流动，从而有利于提高滑坡的稳定性。井点位置的选定，要综合滑坡的地质环境、地形地貌结合沟排水试验共同确定各井点的位置、间距、深度以及选择适合的抽排水泵以满足排水要求。

所述的地下水监测系统对库水位和滑坡中地下水位进行监测，将地下水位监测数据传送至抽排水自动控制系统，由其进一步判断二者的水头差是否达到设置阈值，当达到阈值时启动抽排水井并根据各个井点中的地下水的水位情况，确定需要启用的水泵台数、位置、抽水持续时间。关于阈值问题，由于库水位下降过程动水压力对滑坡的影响很大，因根据不同时段的库水位调蓄需求动态调整。

所述的抽水系统C其主要目的是根据抽排水自动控制系统进行抽水保障抽排水的顺利进行，由于库水位下降受人工控制，主要集中在降雨集中的夏季降低库水位以便防洪，因此，该方法具有明显的启用时段，即抽水系统仅需要在库水位下降期开启工作，从而具有针对性强的特点。

下面结合具体实验对本发明作进一步描述。

动水压力型水库滑坡深部排水数值模拟。以三峡库区某动水压力型滑坡为例，该滑坡属古崩滑堆积体，滑体东西宽约710m，南北纵长约808m，面积约 54.7×10⁴m²，平均厚约6m，总体积约2750×10⁴m³。滑体主要为第四系碎石土及块石土，呈紫红色，土石分布不均，碎石成分以砂岩、泥岩、泥灰岩为主，土体为粉质黏土；滑带土主要为粉质黏土夹小粒径碎石角砾，呈黄褐色至紫红色，不等厚状，分布在0.6～1.0m；滑床为T₂b地层，岩性主要为紫红色粉砂岩夹泥岩及灰色中厚层状泥灰岩。滑坡体的岩土力学参数见下表：

表1滑坡岩土体力学参数

图5是本发明实施例提供的瑞典条分法土条受力分析图。

模拟库水位从高水位175m，以0.5m/d速率持续下降30d库水位降至160m 水位，然后进行抽排水，通过数值模拟在此过程中地下水神流畅的改变情况及滑坡稳定性变化情况。

(1)工况一：水库水位稳定(初始状态)边坡稳定性分析，库水位稳定175m 时，如图6(a)、(b)所示。

(2)工况二：库水位以0.5m/d速度持续下降30d库水位由175m水位下降到160m水位，模拟分析滑坡中地下水渗流、滑坡稳定性问题，如图6(c)、(d) 所示。

(3)工况三：在上述工况二库水位下降过程中在滑坡体中后部设置集水井采取单位流量15m/d抽水量进行持续性抽水，对其作用过程中滑坡稳定性进行分析。

(4)由以上模拟分析可知，在高库水位时滑坡稳定性系数为1.276，滑坡处于稳定状态，由工况二可知在库水位以0.5m/d的速度下降15d的过程中滑坡稳定性显著降低不在满足稳定性要求，工况三在库水位下降阶段采取15/d的抽排水措施后期稳定性系数恢复至1.224，即通过抽排水作用可削弱库水位下降过程中产生的诱发滑坡失稳的动水压力，采用深部排水井能够有效排水达到滑坡防治目的。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，所述适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法包括：

通过在滑坡体中后部位置布置的多个分散式集水深井安设水位监测设备，实时监测水库水位与滑坡体中地下水位得到两者水头差；

监测到水库水位与滑坡体中地下水位水头差达到特定阈值时，启动抽排水井进行井点排水，降低坡体动水压力，并利用抽排水自动控制系统确定抽排水井开启工作的井点的位置、数量、开启时间、持续时间。

2.如权利要求1所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，启动抽排水井进行井点排水时，利用抽排水泵将地下水排出，同时利用坡表导排水水沟将井中地下水导流至滑坡周界以外。

3.如权利要求1所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，所述适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法进一步包括：

步骤一，库水位采集；实时采集水位，获取到的库水位高度序列数据，记为h_k；

步骤二，井点水位确定，通过各井点的地下水位监测设备，分别采集各个井点中与库水位高度序列同步的滑坡体中地下水位，并记反应滑坡体抽水井附近的地下水水位值为h_j：

式中n为滑坡体中布设井点的个数；h_i为各个井点中地下水位；

得到两者的水头差值

△h＝h_j-h_k；

步骤三，水位差阈值确定，根据滑坡的变形迹象，对滑坡进行勘察查明滑坡的工程地质条件，建立滑坡稳定性评价模型；

步骤四，开启数量，由饱和非饱和土力学及地下水动力学相关理论，对于滑坡体堆积层岩土体地下水渗流满足Darcy定律结合Dupuit稳定潜水井流，将概化则达到特定阈值时抽水量为

式中，K为潜在滑坡岩土体渗透系数m/d，由抽水试验确定；L’为集水井距离水库水位边界的水平距离m；r为集水井井径m；h_j、h_k分别为F_s＝1条件下的对应井点水位m和库水位m；

步骤五，开启位置，根据滑坡勘察数据，分析滑坡中地下水储藏状态及运移情况，依此选定集水井的位置，同时根据地形、地貌、地层岩性采取不等间距梅花状布置方式；在确定抽水井数量基础上，中部到两侧，间隔呈梅花状模式开启抽水井；

步骤六，开启时间与结束时间，根据调蓄需求设定该阶段的最低库水位值求得阈值△h₀，当水库水位下降幅度达到一定范围，△h接近△h₀时即启用抽排水水泵开启工作。

4.如权利要求3所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，步骤三中，滑坡的安全系数表示为

式中，N为土颗粒之间的接触压力(有效压力)，α为土条底面与水平方向的夹角，β为土条浸润线与水平方向的夹角；L为土条的宽度。

W₁为土条浸润线以上土体的重力，W₂为土条中浸润线以下土体的饱和重力，P_a、P_b、U分别为AB、CD、BC边静水压力的合力，

令β＝α，得：

在库水位下降过程中影响坡体稳定性的因素涉及滑体含水层厚度h_m。

5.如权利要求4所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，步骤三中，过程取极限状况下滑坡稳定性系数F_s＝1，得到极限状态下的对应的滑坡体中地下水位和库水位，求得滑坡体地下水位与库水位差值△h₀作为后续启用抽排水水泵的阈值。

6.如权利要求3所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，步骤四中，得到所需的排水井的数量

n＝Q_总/Q₀；

式中，Q₀为单个集水井的抽排水流量，Q_总为滑坡体排水总量。

7.如权利要求3所述的适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法，其特征在于，步骤六中，库水位调蓄至稳定水位时，滑坡体内外水头差逐渐减小，水库水位稳定一段时间后停止抽排水；确定各个集水井的抽排水作用时间、启用阶段及抽水持续时间。

8.一种实施权利要求1所述适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法的用于动水压力型水库滑坡深部排水防治系统，其特征在于，所述适用于动水压力型水库滑坡深部排水防治系统包括：集水系统、水位监测系统、抽排水自动控制系统、抽水系统、坡表导排水系统；

所述集水系统，布置于滑坡体中后部位置，用于定时期的抽水；

所述水位监测系统，对集水井中的水位和库水进行监测，传送至抽排水自动控制系统；

抽排水自动控制系统，根据监测系统中库水位与井点中地下水位的水头差值，衡量库水位下降过程中是否启用集水深井抽水系统，库水位与井点中地下水位的水头差值达到预设阈值时，实现达到水头差阈值时对开启抽水工作的水泵台数和井点范围、抽排水时段和持续时间进行自动控制；

所述抽水系统，为井点中地下水按照预期的抽排水排出坡体；

所述坡表导排水系统，将由井底水泵抽排至井口的地下水导流至导排水沟中，导流到滑坡范围外。

9.如权利要求1所述的用于动水压力型水库滑坡深部排水防治系统，其特征在于，所述集水系统，为滑坡体中分布的集水井群，集水深井各井点在平面上呈梅花状分布分布于滑坡中后部，配合滑坡的水文地质条件采取不等间距布设，各井点间距20m-50m，各个井点深入坡体达滑坡潜在滑面以下1m或库水位最低时对应的坡体内潜水面以下1m。

10.一种实施权利要求1所述用于动水压力型水库滑坡深部排水防治方法的滑坡工程防护设备。

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