CN112413241A - 一种土质滑坡排水管及其设计方法、应用 - Google Patents

一种土质滑坡排水管及其设计方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土质滑坡排水管及其设计方法、应用，土质滑坡排水管由外到内依次设置有排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层和支撑骨架；所述排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层均为管状结构，所述排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层的管壁上分别设置有若干第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔；所述支撑骨架设置在第二排水管过滤层内侧，用于支承第二排水管过滤层、第一排水管过滤层和排水管套管。本发明解决了现有排水管易导致滑坡土体结构破坏的问题。

Description

一种土质滑坡排水管及其设计方法、应用
技术领域
本发明涉及土质滑坡防治工程技术领域，具体涉及一种土质滑坡排水管及其设计方法、 应用。
背景技术
我国是滑坡地质灾害频发的国家，特别是雨季，降雨条件下导致边坡土体的含水量突增， 土体的抗剪强度降低，当边坡土体的含水量大于临界值，使得边坡土体的自重应力大于其抗 剪强度，诱发滑坡地质灾害现象。“十坡九水”，降雨条件与边坡土体含水特征是边坡稳定性 主要控制因素，因此，滑坡的排水防治设计是滑坡防治的重要手段之一。
我国是多丘陵山区的国家，特别是我国西部山区，由于土地资源限制，许多城镇主要分 布在丘陵山区地带，随着国民经济发展，我国西部山区的交通网、城市建设逐步完善，为了 保证山区的经济建设，对滑坡地质灾害防治工程的要求和挑战日益苛刻，结合滑坡暴发的随 机性、破坏性大等特征，排水防治是边坡主要防治手段之一。
目前，排水管为滑坡排水防治设计的主要设施，其中滑坡的排水管主要为表面分布有孔 洞的单体排水管，或者表面裹有透水布料的单体排水管。上述排水管设施存在土质边坡的流 砂、管涌现象，破坏了滑坡土体结构，或者单体排水管的透水布料空隙被细颗粒填充，影响 排水管的渗透性，间接导致土质边坡内部局部含水量突增，使得土质边坡沿着排水管位置发 生累进性破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土质滑坡排水管，解决现有排水管易导致滑坡土体结构破坏 的问题。
此外，本发明还提供上述土质滑坡排水管的设计方法和应用。
本发明通过下述技术方案实现：
一种土质滑坡排水管，由外到内依次设置有排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水 管过滤层和支撑骨架；
所述排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层均为管状结构，所述排水管套 管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层的管壁上分别设置有若干第一排水孔、第二排水 孔和第三排水孔；
所述支撑骨架设置在第二排水管过滤层内侧，用于支承第二排水管过滤层、第一排水管 过滤层和排水管套管。
本发明所述排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层为三层不同孔径的过滤 层，采用三层不同孔径的过滤层能够有效防止滑坡土体中骨架支撑粒径因流砂而流失，进而 破坏滑坡土体初始的固体颗粒组成结构，通过设置支撑骨架，加强了排水管的强度，直接增 加了滑坡体的稳定性，降低了排水管在排水过程中对滑坡体固体颗粒的结构影响，降低了排 水管后期维护费用，增加了土质滑坡稳定性。
进一步地，支撑骨架包括支撑骨架中心配筋、多个支撑骨架支撑筋和多个支撑骨架配筋；
所述支撑骨架中心配筋和支撑骨架配筋均与排水管的轴向平行设置，其中，支撑骨架配 筋与第二排水管过滤层的内壁连接，所述支撑骨架中心配筋设置在第二排水管过滤层内侧通 道的中心，所述支撑骨架中心配筋与支撑骨架配筋之间通过支撑骨架支撑筋连接。
上述支撑骨架能够实现对第二排水管过滤层的支承，能够提高整个排水管的强度。
进一步地，支撑骨架配筋至少设置有3个。
进一步地，多个支撑骨架配筋呈均匀布置。
进一步地，排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层的一端为封闭端，所述 支撑骨架中心配筋的一端穿过封闭端并通过螺帽固定。
上述设置能够避免排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层和支撑骨架之间 相互脱落。
进一步地，第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔的孔径不同。
进一步地，第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔的孔径分别为d1、d2和d3，d1、d2和d3满足以下关系式：
(d3/d1)<4，且d3小于等于滑坡体的有效粒径d15。
上述孔径的设置能够更好的实现排水。
进一步地，排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层均采用钢材制成。
所述钢材为现有技术，由于排水在使用时埋置至于土质滑坡体内，采用钢材制成能够实 现防腐的作用。
进一步地，排水管套管为钢管。
进一步地，第一排水管过滤层、第二排水管过滤层均为钢丝笼。
土质滑坡排水管的设计方法，包括以下步骤：
S1、通过土质滑坡现场调查和室内滑坡体固体颗粒粒径，确定土质边坡固体颗粒累计质 量为10％的有效粒径d10，和累计质量为85％的粒径d85，粒径的单位mm；
S2、根据滑坡体的潜在滑面位置，确定排水管的设计长度l，l＝(l1+l2),设计长度的单位 m；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位m；l2为滑坡体外出露的设计长度，单位m；根据土质 滑坡的地形特征，确定排水管布置点；
S3、通过土质滑坡在降雨条件下的设计渗流强度，根据多空材质渗透系数计算公式，确 定排水管套管的渗水孔分布密度n，单位％；确定排水管套管的直径2D2，单位mm，多空材质 渗透系数计算公式如下式所示：
Figure BDA0002764378310000031
式中，Q为排水管设计渗流量，单位为cm3/日；v为土质滑坡渗流速度，单位为cm/日； i为水力梯度；H为水头高度，单位为m；d1为第一排水孔的直径，单位为mm，根据土质滑坡流砂产生条件，d1≤d85；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位为m；D4为排水管设计半径，单位为m；hn为土质滑坡竖直方向分布的相邻两排水管的设计距离的垂直投影距离，单位为m；
S4、根据土质滑坡的有效固体颗粒粒径d10，确定第三排水孔的孔径d3，其中，d3≤d10；
S5、根据砂土体的防止流砂形成公式，确定第二排水孔的孔径d2，第二排水孔的孔径大 小关系满足：(d1/d2)<4；
S6、根据确定的排水管套管的设计长度、第一排水孔的孔径、第二排水孔的孔径和第三 排水孔的孔径，制作支撑骨架。
土质滑坡排水管的应用，将土质滑坡排水管以5°角埋置于土质滑坡体内。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述排水管套管、第一排水管过滤层、第二排水管过滤层为三层不同孔径的过 滤层，采用三层不同孔径的过滤层能够有效防止滑坡土体中骨架支撑粒径因流砂而流失，进 而破坏滑坡土体初始的固体颗粒组成结构，通过设置支撑骨架，加强了排水管的强度，直接 增加了滑坡体的稳定性，降低了排水管在排水过程中对滑坡体固体颗粒的结构影响，降低了 排水管后期维护费用，增加了土质滑坡稳定性。
2、本发明所述排水管防腐性能好，使用寿命长。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为排水管纵向剖面图；
图2为排水管横向截面图；
图3为土质滑坡内排水管布置示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-排水管套管，2-第一排水管过滤层，3-第二排水管过滤层，4-支撑骨架配筋，5-支撑骨 架中心配筋，6-支撑骨架支撑筋，7-螺帽。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。
实施例1：
如图1、图2所示，一种土质滑坡排水管，由外到内依次设置有排水管套管1、第一排水 管过滤层2、第二排水管过滤层3和支撑骨架；
所述排水管套管1、第一排水管过滤层2、第二排水管过滤层3均为管状结构，所述排水 管套管1、第一排水管过滤层2、第二排水管过滤层3的管壁上分别设置有若干第一排水孔、 第二排水孔和第三排水孔，所述第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔的孔径不同；
所述支撑骨架设置在第二排水管过滤层3内侧，用于支承第二排水管过滤层3、第一排 水管过滤层2，具体地：所述支撑骨架包括支撑骨架中心配筋5、多个支撑骨架支撑筋6和4 个支撑骨架配筋4；
所述支撑骨架中心配筋5和支撑骨架配筋4均与排水管的轴向平行设置，其中，支撑骨 架配筋4与第二排水管过滤层3的内壁连接，所述支撑骨架中心配筋5设置在第二排水管过 滤层3内侧通道的中心，所述支撑骨架中心配筋5与支撑骨架配筋4之间通过支撑骨架支撑 筋6连接，4个支撑骨架配筋4均匀布置在第二排水管过滤层3的内壁，所述第一排水孔、 第二排水孔和第三排水孔的孔径分别为d1、d2和d3，d1、d2和d3满足以下关系式：
(d3/d1)<4，且d3小于等于滑坡体的有效粒径d15。
在本实施例中，所述排水管套管1为钢管，所述第一排水管过滤层2、第二排水管过滤 层3均为钢筋笼，所述第一排水管过滤层2、第二排水管过滤层3科通过绑扎的方式固定在 一起。
在本实施例中，所述排水管套管1、第一排水管过滤层2、第二排水管过滤层3为三层不 同孔径的过滤层，采用三层不同孔径的过滤层能够有效防止滑坡土体中骨架支撑粒径因流砂 而流失，进而破坏滑坡土体初始的固体颗粒组成结构，通过设置支撑骨架，加强了排水管的 强度，直接增加了滑坡体的稳定性，降低了排水管在排水过程中对滑坡体固体颗粒的结构影 响，降低了排水管后期维护费用，增加了土质滑坡稳定性。
如图2-图3所示：本实施例的设计方法，包括以下步骤：
S1、通过土质滑坡现场调查和室内滑坡体固体颗粒粒径，确定土质边坡固体颗粒累计质 量为10％的有效粒径d10，和累计质量为85％的粒径d85，粒径的单位mm；
S2、S2、根据滑坡体的潜在滑面位置，确定排水管的设计长度l，l＝(l1+l2),设计长度 的单位m；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位m；l2为滑坡体外出露的设计长度，单位m；根据土质滑坡的地形特征，确定排水管布置点；
S3、通过土质滑坡在降雨条件下的设计渗流强度，根据多空材质渗透系数计算公式，确 定排水管套管1的渗水孔分布密度n，单位％；确定排水管套管1的直径2D2，单位mm，多空 材质渗透系数计算公式如下式所示：
Figure BDA0002764378310000051
式中，Q为排水管设计渗流量，单位为cm3/日；v为土质滑坡渗流速度，单位为cm/日； i为水力梯度；H为水头高度，单位为m；d1为第一排水孔的直径，单位为mm，根据土质滑坡流砂产生条件，d1≤d85；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位为m；D4为排水管设计半径，单位为m；hn为土质滑坡竖直方向分布的相邻两排水管的设计距离的垂直投影距离，单位为m；
S4、根据土质滑坡的有效固体颗粒粒径d10，确定第三排水孔的孔径d3，其中，d3≤d10；
S5、根据砂土体的防止流砂形成公式，确定第二排水孔的孔径d2，第二排水孔的孔径大 小关系满足：(d1/d2)<4；
S6、根据确定的排水管套管1的设计长度、第一排水孔的孔径、第二排水孔的孔径和第 三排水孔的孔径，制作支撑骨架。
实施例2：
如图1、图2所示，本实施例基于实施例1，所述排水管套管1、第一排水管过滤层2、第二排水管过滤层3的一端为封闭端，所述支撑骨架中心配筋5的一端穿过封闭端并通过螺帽7固定。
使用时，通常是将整个排水管以5°角埋置至于土质滑坡体内，将封闭端设置为高端， 通过螺帽7固定，可以提高整个排水管的结构稳定性，避免排水管套管1、第一排水管过滤 层2、第二排水管过滤层3和支撑骨架之间相互脱离。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土质滑坡排水管，其特征在于，由外到内依次设置有排水管套管(1)、第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)和支撑骨架；
所述排水管套管(1)、第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)均为管状结构，所述排水管套管(1)、第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)的管壁上分别设置有若干第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔；
所述支撑骨架设置在第二排水管过滤层(3)内侧，用于支承第二排水管过滤层(3)、第一排水管过滤层(2)和排水管套管(1)。
2.根据权利要求1所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述支撑骨架包括支撑骨架中心配筋(5)、多个支撑骨架支撑筋(6)和多个支撑骨架配筋(4)；
所述支撑骨架中心配筋(5)和支撑骨架配筋(4)均与排水管的轴向平行设置，其中，支撑骨架配筋(4)与第二排水管过滤层(3)的内壁连接，所述支撑骨架中心配筋(5)设置在第二排水管过滤层(3)内侧通道的中心，所述支撑骨架中心配筋(5)与支撑骨架配筋(4)之间通过支撑骨架支撑筋(6)连接。
3.根据权利要求2所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述支撑骨架配筋(4)至少设置有3个。
4.根据权利要求2所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，多个支撑骨架配筋(4)呈均匀布置。
5.根据权利要求2所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述排水管套管(1)、第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)的一端为封闭端，所述支撑骨架中心配筋(5)的一端穿过封闭端并通过螺帽(7)固定。
6.根据权利要求1所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔的孔径不同。
7.根据权利要求1所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述第一排水孔、第二排水孔和第三排水孔的孔径分别为d1、d2和d3，d1、d2和d3满足以下关系式：
(d3/d1)<4，且d3小于等于滑坡体的有效粒径d15。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种土质滑坡排水管，其特征在于，所述排水管套管(1)、第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)均采用钢材制成；所述排水管套管(1)为钢管；所述第一排水管过滤层(2)、第二排水管过滤层(3)均为钢丝笼。
9.如权利要求1-8任一项所述的土质滑坡排水管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过土质滑坡现场调查和室内滑坡体固体颗粒粒径，确定土质边坡固体颗粒累计质量为10％的有效粒径d10，和累计质量为85％的粒径d85，粒径的单位mm；
S2、根据滑坡体的潜在滑面位置，确定排水管的设计长度l，l＝(l1+l2),设计长度的单位m；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位m；l2为滑坡体外出露的设计长度，单位m；根据土质滑坡的地形特征，确定排水管布置点；
S3、通过土质滑坡在降雨条件下的设计渗流强度，根据多空材质渗透系数计算公式，确定排水管套管(1)的渗水孔分布密度n，单位％；确定排水管套管(1)的直径2D2，单位mm，多空材质渗透系数计算公式如下式所示：
Figure FDA0002764378300000021
式中，Q为排水管设计渗流量，单位为cm3/日；v为土质滑坡渗流速度，单位为cm/日；i为水力梯度；H为水头高度，单位为m；d1为第一排水孔的直径，单位为mm，根据土质滑坡流砂产生条件，d1≤d85；l1为埋置于滑坡体的设计长度，单位为m；D4为排水管设计半径，单位为m；hn为土质滑坡竖直方向分布的相邻两排水管的设计距离的垂直投影距离，单位为m；
S4、根据土质滑坡的有效固体颗粒粒径d10，确定第三排水孔的孔径d3，其中，d3≤d10；
S5、根据砂土体的防止流砂形成公式，确定第二排水孔的孔径d2，第二排水孔的孔径大小关系满足：(d1/d2)<4；
S6、根据确定的排水管套管(1)的设计长度、第一排水孔的孔径、第二排水孔的孔径和第三排水孔的孔径，制作支撑骨架。
10.如权利要求1-8任一项所述的土质滑坡排水管的应用，其特征在于，将土质滑坡排水管以5°角埋置于土质滑坡体内。
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