CN115262591A - 一种膨胀土边坡排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膨胀土边坡排水系统，包括EPS减胀板、排水水泵、负压排水管、超声波发生器、风机、多个含水率探头及控制系统；排水水泵布置在EPS减胀板内，负压排水管布置在边坡本体内，负压排水管布置的深度小于大气影响深度，排水水泵通过连接管与负压排水管的一端连接，风机通过传输管与负压排水管的另一端连接，超声波发生器布置在边坡本体内，超声波发生器布置深度为大气影响深度，在边坡本体大气影响深度内设置多个含水率探头。本发明实现边坡本体入渗的水分快速有效地排出，保持边坡本体稳定的含水量，最大程度地降低入渗水分产生的膨胀反应对膨胀土边坡稳定性的影响。

Description

一种膨胀土边坡排水系统

技术领域

本发明涉及一种膨胀土边坡排水系统，属于水利、公路、桥梁等工程边坡治理领域。

背景技术

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的水敏性，其水分含量变化会导致土体内部产生一系列的物理化学反应，对于工程结构而言，膨胀土的水敏性对其稳定性产生很大的不利影响。

基于上述分析可知，控制膨胀土的水敏性根本在于控制土体内水分的状态。结合已有工程的情况，一般采用喷射混凝土或高性能防水材料等对膨胀土坡面进行防护，以阻止外界水分进入坡体内部，从实际效果来看，采用此类方式具有成本高、有效作用周期短、维护难度大等一系列问题。以喷射混凝土为例：在膨胀土坡面上喷射混凝土，以形成混凝土防护层，初期阶段，混凝土防护层对混凝土下部的膨胀土起到良好的水分隔绝作用，但随着时间的推移，混凝土结构本身产生一些细微裂缝，而水分则通过细微裂缝渗入坡体内部，从而导致膨胀土坡体内部水分含量增加，进而产生膨胀反应，同时，由于上部混凝土结构的强力约束作用，土体膨胀受到了抑制，进而产生巨大的膨胀力，膨胀力的作用反而进一步加剧混凝土的开裂，如此反复，直到整体混凝土防护层完全失效，因此，喷射混凝土虽在减少膨胀反应上有一定效果，但长时间后仍然会出现裂缝等影响膨胀土边坡稳定的问题。

水分进入膨胀士边坡后，膨胀士需要一定的作用时间才能产生膨胀反应，所以如果及时地对膨胀土边坡内部的多余水分进行快速排出，则可最大程度地减少入渗水分对膨胀土边坡稳定性的影响。因此，现在提出一种可快速有效地排出边坡内部入渗水分的膨胀土边坡排水系统，以降低由于水分入渗产生的膨胀反应对膨胀土边坡稳定性的影响。

发明内容

本发明针对以上待解决的问题，提供一种膨胀土边坡排水系统，其实现边坡本体入渗的水分快速有效地排出，从而保持边坡本体稳定的含水量，以最大程度降低入渗水分产生的膨胀反应对膨胀土边坡稳定性的影响。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种膨胀土边坡排水系统，包括EPS减胀板、排水水泵、负压排水管、超声波发生器、风机、多个含水率探头及控制系统；

所述EPS减胀板固定安装在边坡本体的坡脚，排水水泵布置在EPS减胀板内，负压排水管布置在边坡本体内，负压排水管布置的深度小于大气影响深度，负压排水管的管体设置有过滤结构，排水水泵通过连接管与负压排水管的一端连接，风机设置在边坡本体外部，风机通过传输管与负压排水管的另一端连接，超声波发生器布置在边坡本体内，超声波发生器布置深度为大气影响深度，在边坡本体大气影响深度内设置多个含水率探头，排水水泵、超声波发生器、风机及多个含水率探头均与控制系统电连接。

优选地，所述含水率探头为3个，3个含水率探头布置深度依次为边坡本体表层、边坡本体表层与边坡本体大气影响深度之间、边坡本体大气影响深度。

优选地，所述超声波发生器的超声声能密度的变化范围为0.1～2.0w/g，超声波发生器的超声频率为20kHz。

优选地，所述超声波发生器的超声声能密度设置为三档，三个档位的超声声能密度分别为0.6w/g、1.3w/g和2.0w/g。

优选地，所述排水水泵布置深度在大气影响深度以下。

优选地，所述连接管布置在EPS减胀板远离边坡本体的一侧。

优选地，所述过滤结构包括负压排水管的管体上均匀布置的多个过滤孔，多个过滤孔均设置有过滤膜。

优选地，所述过滤结构包括负压排水管的管体上均匀布置的多个过滤孔、负压排水管的管体外表面套设的过滤层。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过超声波发生器将边坡本体的包裹水转化为自由水，边坡本体的自由水在风机的作用下进入负压排水管，进而进入排水水泵，经排水水泵排出边坡本体，同时，本发明根据边坡本体不同深度的含水率探头的数据调整超声波发生器、风机、排水水泵的档位，从而实现边坡本体入渗的水分快速有效地排出，使边坡本体含水率能够转化为水分入渗前的含水率，进而保持边坡本体稳定的含水量，最大程度降低入渗水分产生的膨胀反应对膨胀土边坡稳定性的影响。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

图2为本发明一种实施例的负压排水管的结构示意图。

附图标记：EPS减胀板1、排水水泵2、负压排水管3、超声波发生器4、风机5、连接管6、传输管7、含水率探头8、电源9、控制系统10、边坡本体11、过滤孔31。

具体实施方式

以下将结合实施例与附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考图1，一种膨胀土边坡排水系统，包括EPS减胀板1、排水水泵2、负压排水管3、超声波发生器4、风机5、多个含水率探头8及控制系统10；

所述EPS减胀板1固定安装在边坡本体11的坡脚，排水水泵2布置在EPS减胀板1内，节省了排水水泵2布置的空间，负压排水管3布置在边坡本体11内，负压排水管3布置的深度小于大气影响深度，负压排水管3的管体设置有过滤结构，排水水泵2通过连接管6与负压排水管3的一端连接，风机5设置在边坡本体11外部，风机5通过传输管7与负压排水管3的另一端连接，超声波发生器4布置在边坡本体11内，超声波发生器4布置深度为大气影响深度，在边坡本体11大气影响深度内设置多个含水率探头8，排水水泵2、超声波发生器4、风机5及多个含水率探头8均与控制系统10电连接，控制系统10与电源9连接，控制系统10依据边坡本体11大气影响深度内不同深度的含水率探头数据变化调整排水水泵2、超声波发生器4及风机5的运行档位，实现边坡本体11水分快速排出。

膨胀土边坡内部的水分类型包含自由水、包裹水、结合水等，其中自由水与包裹水占据主要部分。一般的吸水装置作用于膨胀土坡体内部的自由水，被包裹于菌胶团内的水分很难被吸取处理，超声波能够有效地击散菌胶团，将其中的包裹水转化为自由水。

负压排水管3连接风机5，在风机5的作用下，其管内形成负压区。在大气影响深度范围内，边坡本体11与大气系统连通，在大气压强的作用下，管内的负压区会迫使边坡本体11自由水被持续压入到负压排水管3，进而经排水水泵2排出边坡本体11。

较佳的，所述含水率探头8为3个，3个含水率探头8布置深度依次为边坡本体表层、边坡本体表层与边坡本体大气影响深度之间、边坡本体大气影响深度。

较佳的，所述超声波发生器4的超声声能密度变化范围为0.1～2.0w/g，超声波发生器4的超声频率为20kHz。

优选地，所述超声波发生器4的超声声能密度设置为三档，三个档位的超声声能密度分别为0.6w/g、1.3w/g和2.0w/g。

系统设置3个含水率探头，排水水泵2、超声波发生器4及风机5对应设置三个档位，超声波发生器4设计三档超声声能密度变化，风机5三个档位的运行功率分别为P_F1、P_F2、P_F3，排水水泵2三个档位的运行功率分别为P_D1、P_D2、P_D3，风机的档位与排水水泵的档位对应运行，不可交叉混档运行，风机5与排水水泵2的运行功率大小关系为：P_D3>P_F3>P_D2>P_F2>P_D1>P_F1。

优选地，所述排水水泵2布置深度在大气影响深度以下，有利于快速排出边坡本体11的水分，同时，减少排水水泵2对EPS减胀板1性能的影响。

较佳的，所述连接管6布置在EPS减胀板1远离边坡本体11的一侧，其将边坡本体11的水分及时引导至排水水泵2处，同时，保障EPS减胀板1的性能。

可选的，如图2，所述过滤结构包括负压排水管3的管体上均匀布置的多个过滤孔31，多个过滤孔31均设置有过滤膜，过滤孔31在过滤水分的同时有效防止土体颗粒进入负压排水管3，有效避免堵塞负压排水管3。

可选的，所述过滤结构包括负压排水管3的管体上均匀布置的多个过滤孔、负压排水管3的管体外表面套设的过滤层，过滤层有效防止土体颗粒进入负压排水管3，有效避免堵塞负压排水管3。

当外界水分入渗时，边坡本体表层的含水率探头8数据发生变化，控制系统10接收到含水率探头8数据后，控制排水水泵2、风机5、超声波发生器4低速运行，超声波发生器4的超声声能密度为0.6w/g，风机5的功率为P_F1，排水水泵2的功率为P_D1，边坡本体11的包裹水在超声波发生器4的作用下转化为自由水，边坡本体11的自由水被压入到负压排水管3中，随后被快速排出边坡本体11，随着水分的持续入渗，布置于边坡本体表层与边坡本体大气影响深度之间的含水率探头8数据发生变化，控制系统控制排水水泵2、风机5、超声波发生器4中速运行，超声波发生器4的超声声能密度为1.3w/g，风机5的功率为P_F2，排水水泵2的功率为P_D2，边坡本体11的包裹水在超声波发生器4的作用下转化为自由水，边坡本体11的自由水被持续压入负压排水管3中，进而通过排水水泵2排出边坡本体11。而当高强度、长周期降雨时，边坡本体11水分入渗已经达到大气影响深度处，边坡本体大气影响深度的含水率探头8数据发生变化，控制系统控制排水水泵2、风机5、超声波发生器4高速运转，超声波发生器4的超声声能密度为2.0w/g，风机5的功率为P_F3，排水水泵2的功率为P_D3，边坡本体11的包裹水在超声波发生器4的作用下转化为自由水，边坡本体11的自由水被持续压入负压排水管3中，进而通过排水水泵2排出边坡本体11，当边坡本体内部不同深度的含水率探头8逐步恢复为水分入渗前数据后，控制系统控制排水系统逐步降档运行直至停止工作。在排水系统运行过程中，风机5提供高速气流，使负压排水管3形成负压区，超声波发生器4将包裹水转化为自由水，甚至被激振形成水雾，边坡本体11的自由水随后持续被压入到负压排水管3中，压入负压排水管3自由水在高速气流的带动下，进入排水水泵2，进而被有效地排出边坡本体11。自由水和包裹水的占膨胀土边坡总水量的80％以上，在超声波发生器4的作用下，包裹水转化为自由水，在负压的作用下，膨胀土边坡的自由水被有效排出膨胀土边坡，因此实现膨胀土边坡水分的快速排出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种膨胀土边坡排水系统，其特征在于，包括EPS减胀板(1)、排水水泵(2)、负压排水管(3)、超声波发生器(4)、风机(5)、多个含水率探头(8)及控制系统(10)；

所述EPS减胀板(1)固定安装在边坡本体(11)的坡脚，排水水泵(2)布置在EPS减胀板(1)内，负压排水管(3)布置在边坡本体(11)内，负压排水管(3)布置的深度小于大气影响深度，负压排水管(3)的管体设置有过滤结构，排水水泵(2)通过连接管(6)与负压排水管(3)的一端连接，风机(5)设置在边坡本体(11)外部，风机(5)通过传输管(7)与负压排水管(3)的另一端连接，超声波发生器(4)布置在边坡本体(11)内，超声波发生器(4)布置深度为大气影响深度，在边坡本体(11)大气影响深度内设置多个含水率探头(8)，排水水泵(2)、超声波发生器(4)、风机(5)及多个含水率探头(8)均与控制系统(10)电连接。

2.如权利要求1所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述含水率探头(8)为3个，3个含水率探头(8)布置深度依次为边坡本体表层、边坡本体表层与边坡本体大气影响深度之间、边坡本体大气影响深度。

3.如权利要求2所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述超声波发生器(4)的超声声能密度的变化范围为0.1～2.0w/g，超声波发生器(4)的超声频率为20kHz。

4.如权利要求3所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述超声波发生器(4)的超声声能密度设置为三档，三个档位的超声声能密度分别为0.6w/g、1.3w/g和2.0w/g。

5.如权利要求4所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述排水水泵(2)布置深度在大气影响深度以下。

6.如权利要求5所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述连接管(6)布置在EPS减胀板(1)远离边坡本体(11)的一侧。

7.如权利要求6所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述过滤结构包括负压排水管(3)的管体上均匀布置的多个过滤孔(31)，多个过滤孔(31)均设置有过滤膜。

8.如权利要求6所述的膨胀土边坡排水系统，其特征在于，所述过滤结构包括负压排水管(3)的管体上均匀布置的多个过滤孔、负压排水管(3)的管体外表面套设的过滤层。

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