CN113250141A - 一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统及方法,系统包括至少局部设在边坡中的集水锚管、驱动器及连接所述驱动器与所述集水锚管通过排水管连接;水位下落,所述集水锚管内部水通过排水管进入所述驱动器、并通过所述驱动器排出;所述方法包括水位下降内部渗透水压力调节;所述水位下降内部渗透水压力调节,库水位下降时,边坡内部地下水位的下降滞后于边坡外部水位,吸力与压差共同作用使集水锚管内的水排出,降低边坡内部水位。本发明的优点是,对岸坡原状土体扰动较小且能够随着库水的下降同步排出库水位以上坡体内部的地下水,有效地降低岸坡内部向外的渗透水压力,提高岸坡稳定性的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统。
Description
技术领域
本发明属于库岸边坡防护防治领域,涉及一种能够随库水位下降而同步排出库水位以上库岸边坡内地下水的排水装置及方法。
背景技术
库岸边坡的变形破坏常常给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失,在库岸边坡的崩塌、滑坡等各种破坏形式中,库水位的变化往往是诱导边坡向不稳定方向发展的重要因素。在库水位上升期,在水压力的作用下库水向岩体内渗透,将会导致孔隙压力的集中,使结构面上有效应力降低。在库水位消落期,若库水位骤降,坡体中地下水位的下降将会出现滞后现象,坡外水位下降的快,坡内地下水位下降的慢,水位线以上坡体内滞留的地下水将产生较大的向坡外的渗透水压力,进而导致边坡的稳定性降低甚至破坏。因此,在库水位骤降时及时疏散岸坡内地下水,降低岸坡内孔隙水压力就显得尤为重要。
常规的岸坡防护措施存在很多不足,不仅工程量较大,极其耗费人力物力,还无法解决库水位下降时坡内地下水位下降的滞后性对岸坡稳定性的影响,不能有针对性的实现在库水位下降过程中同步排出库水位线以上岸坡内的水,因此无法及时消除坡内向外的渗透水压力,这对维持岸坡的稳定是极其不利的。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有岸坡防护措施存在的不足,提供一种施工方便、工程量小、对岸坡原状土体扰动较小且能够随着库水的下降同步排出库水位以上坡体内部的地下水,有效地降低岸坡内部向外的渗透水压力,提高岸坡稳定性的一种一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统。
为实现上述目的,本发明提供了一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统包括至少局部设在边坡中的集水锚管、驱动器及连接所述驱动器与所述集水锚管通过排水管连接;
水位下落,所述集水锚管内部水通过排水管进入所述驱动器、并通过所述驱动器排出。
进一步讲,所述的集水锚管包括由外壁腔和内壁腔构成二端开口腔体及设在所述壁腔上端开口的顶板,所述排水管通过所述顶板接入所述内壁腔内部。
进一步讲,所述的集水锚管还包括导水管,所述导水管设置在所述内壁腔内部;
在所述顶板上设有连通器,所述导水管与所述排水管通过所述连通器连接。
进一步讲,在所述连通器上设有排气阀。
进一步讲,在所述的内壁腔底部开口设有底板,在所述外壁壁、内壁腔壁设有透水孔。
进一步讲,相邻所述集水锚管能直接连接,至少一个集水锚管与排水管连接。
进一步讲,所述的驱动器包括套筒,转轴一端穿过所述套筒,在所述套筒另一端连接排水管;
在所述套筒内部的转轴上设有导流扇,在所述套筒外部的转轴上设有转轮,转轮扇叶与转轴横向垂直,导流扇的扇叶与转轴斜切;
所述的挡板连接在所述套筒上、且包裹于转轮的下半部分。
进一步讲,在所述套筒与所述转轮交接处设置过滤网。
调节水位变化边坡内部渗透水压力的方法包括水位下降内部渗透水压力调节
所述水位下降内部渗透水压力调节,库水位下降时,边坡内部地下水位的下降滞后于边坡外部水位,所述集水锚管内壁腔内的水位高于外部水位而产生压力差促进沿排水管排水,同时,所述驱动器在下降水位的驱动下产生一个吸力,吸力与压差共同作用使集水锚管内的水排出,,降低边坡内部水位。
进一步讲,所述方法还包括所述方法包括设置集水锚管、水位下降调节系统安装;
所述的设置集水锚管,在用钻机或其它设备在边坡坡面上相应位置一个或多个钻孔,钻孔完成后安放预制好的集水锚管,安放完成后向集水锚管内填充过滤颗粒,并下放导水管,最后盖上集水锚管的顶板;
所述的水位下降调节系统安装,在边坡坡面设有一个或多个驱动器,将伸出集水锚管顶板的导水管或集水锚管通过顶板通孔与连通器相连,连通器的上装排气阀,集水锚管的连接器与排水管连接,或相邻集水锚管的连接器直接连接,其至少一个与连接器与排水管连接
本发明有如下有益效果:
1、本发明所提供的调节水位变化边坡内部渗透水压力的,器材简单,施工方便。所用集水锚管、连接管、排水管等均为预制,装配简单,随到随用。整个施工过程无需大规模开挖,施工方便,节省了人力物力,带来了直接的和间接的效益,并且对岸坡原状土扰动较小,更有利于岸坡的稳定。
2、常规的防护措施无法实现随着库水位的下降自动排出库水位以上岸坡内的地下水,本发明所提供的调节水位变化边坡内部渗透水压力的,针对岸坡内地下水位下降的滞后性现象,充分利用了库水位和地下水位之间的高差所产生的压力差,能够利用“虹吸”的原理随库水位下降及时排出库水位以上岸坡内的地下水。
3、本发明所提供的调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,在连通器上方安装了排气阀,当地下水位上升导致集水锚管被地下水充满时,能够排出导水管和连通器内的空气以达到虹吸排水的基本条件,不需要再额外布置抽水设备。
4、本发明所提供的调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,在各排水管的出水口处安装一简易的驱动器,充分利用了库水的流动所提供的动能来带动转轮和导流扇转动,从而在排水管出水口处提供了吸力,实现了对排水管持续的抽吸作用,不需要其他任何外部作用,便保证了持续排水。
5、本发明的固定板一端与驱动器相连,另一端打入土体,无需再布置其他的构件便可借助土体的对固定板的锚固力维持驱动器在水下的稳定。
6、本发明将集水锚管设计横截面为环形,并沿通长方向每隔一定距离设置支撑,不仅提高了集水锚管自身的稳定性,还能够让集水锚管在满足集水排水功能的同时,在岸坡中起到了锚固的作用,进一步增强了岸坡的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明的示意图。
图2为集水锚管立面图。
图3为集水锚管纵向剖面图。
图4 驱动器立面图。
图5为驱动器结构示意图。
图6为固定板示意图。
图7为本发明的整体效果立面图。
图8为本发明的整体效果剖面图。
图9为集水锚管顶视图。
如图中,集水锚管1、驱动器2、排水管3、内壁腔11、导水管12、连通器13、排气阀14、底板15、透水孔16、过滤层18、陶粒或其它滤水颗粒19、套筒21、转轴22、小孔23、导流扇24、转轮25、挡板26、固定板27、连接段27-1、固定段27-2、外壁腔28。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1中,一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统包括设在边坡上的集水锚管1、驱动器2及连接所述驱动器2与所述集水锚管1通过排水管3连接;
水位下落,所述集水锚管1内部水通过排水管3进入所述驱动器2、并通过所述驱动器2排出,驱动器2通过固定板27固定在土体中.固定板27如图6所示包括固定段27-2、连接段27-1,其中固定段27-2插入土体中,连接段27-1连接驱动器2,集水锚管1在施工前应已预制完成并做好防锈处理,管的长度、直径以及间距等参数可根据实际的工程情况并结合集水锚管1在岸坡上的具体位置确定,所述集水锚管沿岸坡坡面逐次向下等间距布置且各集水锚管1的底面高程沿岸坡向下逐次降低,本发明能够随着库水位的下降同步排出库水位以上坡体内部的地下水,从而有效地降低岸坡内部向外的渗透水压力,提高岸坡稳定性,且施工方便、工程量小、对岸坡原状土体扰动较小。
如图2、3,所述的集水锚管1包括二端开口的内壁腔11及设在所述内壁腔11上端开口的顶板,所述排水管3通过所述顶板接入所述内壁腔11内部,优选的,所述的集水锚管1还包括导水管12,所述导水管12设置在所述内壁腔11内部,集水锚管为预制环形管,内壁腔11内为储水区,内壁腔11外与外壁腔之内为集水区,且沿所述集水锚管内壁腔11和外壁腔28之间每隔一定距离设置有支撑;所述储水区内的水由导水管排出,导水管设置在储水区内,并从集水锚管底端延伸至集水锚管顶部,导水管在集水锚管顶部由连通器与连接管和排气阀相连,优选的,在所述顶板上设有连通器13,所述导水管12与所述排水3管通过所述连通器13连接,在所述连通器13上设有排气阀14,在所述的内壁腔11底部开口设有底板15,在所述集水锚管1外壁和内壁腔11壁设有透水孔16,内壁腔11底部设有小孔23,集水区内的水通过小孔23进入内壁腔11中。如图9中,外壁腔28和内壁腔11外壁开有均匀分布的透水孔16以便于集水,从内壁腔11内部沿外壁设置有过滤层以防止外部的泥沙进入,过滤层18由一层60目的尼龙过滤网和两层100目的尼龙过滤网构成,过滤层18也可是由其它物过滤物构成,在集水区内填充有陶粒或其它滤水颗粒19。
优选的,相邻所述集水锚管1能直接连接,至少一个集水锚管1与排水管3连接。
集水锚管1的内壁腔11管径一般为160mm~200mm,其中内壁腔11内部的直径为8mm~10mm,集水锚管1的长度一般为12000mm~15000mm。各集水锚管1之间的纵向水平间距一般为4000mm~7000mm,横向水平间距一般为3000mm~5000mm,可根据岸坡的规模岸坡土体的渗透性决定,若岸坡土体为渗透性较大的土体,则应增大集水锚管的密度。连接管长度应为两横向相邻的集水锚管之间的距离,排水管3的长度应为岸坡最底部一排集水锚管1的连通器13至岸坡最低水位线下300mm~500mm处,连通器13相当于一个缓存器,集水锚管1内的水先进入连通器13中,并排出,防止因排水管吸力变化过大引起的集水锚管1内的压力过快变化,使集水锚管1内的压力变化幅度保持平稳。
如图4、5中,所述的驱动器2包括套筒21,转轴22一端穿过所述套筒21,在所述套筒21另一端连接排水管3;
在所述套筒21内部的转轴22上设有导流扇24,在所述套筒21外部的转轴22上设有转轮25,转轮25扇叶与转轴22横向垂直,导流扇24的扇叶与转轴22斜切;
挡板26连接在所述套筒21上、且包裹于转轮25的下半部分。
优选的,在所述套筒21与所述转轮交接处设置过滤网,套筒21还可通过固定板27固定在坡面上,固定板27结构如图6所示。
调节水位变化边坡内部渗透水压力的方法包括:
步骤1,设计集水锚管、连接管、排水管以及驱动器和固定板的具体参数:所述构件的具体参数均可根据实际工程的规模确定,集水锚管为预制的环形管,且已经过防锈处理,;
步骤2,材料与器械准备:将预制的集水锚管、导水管、排水管、连通器、排气阀、驱动器以及钻机等施工器械运至施工场地;
步骤3,清理岸坡:对岸坡进行清理和修整,清除会影响后续施工的碎石、杂草等,清理出工作面以便于后续的施工;
步骤4,测量放线:根据每一排集水锚管在岸坡上的间距,在岸坡坡面上进行测量放线,并标记处各集水锚管的位置;
步骤5,设置集水锚管,在用钻机或其它设备在边坡坡面上相应位置一个或多个钻孔,钻孔完成后安放预制好的集水锚管,安放完成后向集水锚管内填充过滤颗粒,并下放导水管,最后盖上集水锚管的顶板;
步骤6,所述的水位下降调节系统安装,在边坡坡面设有一个或多个驱动器,将伸出集水锚管顶板的导水管或集水锚管通过顶板通孔与连通器相连,连通器的上装排气阀,集水锚管的连接器与排水管连接,或相邻集水锚管的连接器直接连接,其至少一个与连接器与排水管连接,如图7、8所示,;
步骤7,所述水位下降内部渗透水压力调节,库水位下降时,因边坡内部地下水位的下降滞后于边坡外部水位,所述集水锚管内壁腔内的水位高于外部水位而产生压力差以达到 “虹吸”排水的条件,同时,所述驱动器在下降水位的驱动下产生一个吸力,吸力使集水锚管内的水排出,降低边坡内部水位。如图7、8所示 ,当库水位逐渐上升直至最高水位线H1时,此时因库水位上涨,岸坡内地下水位也随之上涨,直至H1的位置与坡外库水位相平,地下水通过集水锚管外壁上的均布透水孔进入集水锚管1的集水区,集水区内的水又通过集水锚管1内壁底部的小孔23流入储水区。因岸坡内地下水位较高,地下水会不断向集水锚管1集水区内补给,集水区内的水又不断向储水区内补给,直到集水区和储水区都被水充满且两区域液面在同一高度;
当库水位稳定于最高水位线H1时,此时各集水锚管以及导水管在地下水压力的作用下均被水充满,库水位与地下水位相平;
当库水位开始下降时,地下水位的下降滞后于库水位,集水锚管1内部储水区和岸坡外部将产生压力差,在压力差和驱动器抽吸的作用下,集水锚管内的水将经由导水管、各连接管以及排水管排出;
当集水锚管1储水区内的水渐渐被排出,液面逐渐降低以至于在驱动器抽吸作用下内外压力差不足以将水排出时,排水过程会暂停,但在由储水区、导水管、排水管所组成的“虹吸”系统作用下,地下水仍不断向集水锚管内补充,直至储水区内液面上升到足够的高度时,再次进行排水。
Claims (10)
1.一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:所述的系统包括至少局部设在边坡中的集水锚管、驱动器及连接所述驱动器与所述集水锚管通过排水管连接;
水位下落,所述集水锚管内部水通过排水管进入所述驱动器、并通过所述驱动器排出。
2.根据权利要求1所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:所述的集水锚管包括由外壁腔和内壁腔构成二端开口腔体及设在所述腔体上端开口的顶板,所述排水管通过所述顶板接入所述内壁腔内部。
3.根据权利要求2所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:所述的集水锚管还包括导水管,所述导水管设置在所述内壁腔内部;
在所述顶板上设有连通器,所述导水管与所述排水管通过所述连通器连接。
4.根据权利要求3所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:在所述连通器上设有排气阀。
5.根据权利要求2所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:在所述的内壁腔底部开口设有底板,在所述集水锚管的外壁腔、内壁腔设有透水孔。
6.根据权利要求2所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:相邻所述集水锚管能直接连接,至少一个集水锚管与排水管连接。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:所述的驱动器包括套筒,转轴一端穿过所述套筒,在所述套筒另一端连接排水管;
在所述套筒内部的转轴上设有导流扇,在所述套筒外部的转轴上设有转轮,转轮扇叶与转轴横向垂直,导流扇的扇叶与转轴斜切;
挡板连接在所述套筒上、且包裹于转轮的下半部分。
8.根据权利要求7所述的一种调节水位变化边坡内部渗透水压力的系统,其特征是:在所述套筒与所述转轮交接处设置过滤网。
9.调节水位变化边坡内部渗透水压力的方法,其特征是:所述方法包括水位下降内部渗透水压力调节;
所述水位下降内部渗透水压力调节,库水位下降时,边坡内部地下水位的下降滞后于边坡外部水位,所述集水锚管内壁腔内的水位高于外部水位而产生压力差促进沿排水管排水,同时,所述驱动器在下降水位的驱动下产生一个吸力,吸力与压差共同作用使集水锚管内的水排出,降低边坡内部水位。
10.根据权利要求9所述的调节水位变化边坡内部渗透水压力的方法,其特征是:所述方法还包括所述方法包括设置集水锚管、水位下降调节系统安装;
所述的设置集水锚管,在用钻机或其它设备在边坡坡面上相应位置一个或多个钻孔,钻孔完成后安放预制好的集水锚管,安放完成后向集水锚管内填充过滤颗粒,并下放导水管,最后盖上集水锚管的顶板;
所述的水位下降调节系统安装,在边坡坡面设有一个或多个驱动器,将伸出集水锚管顶板的导水管或集水锚管通过顶板通孔与连通器相连,连通器的上装排气阀,集水锚管的连接器与排水管连接,或相邻集水锚管的连接器直接连接,其至少一个与连接器与排水管连接。
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