CN116989854B - 一种排水孔运行性态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种排水孔运行性态评估方法，包括测量坡体隔水层顶部高程Zw；测量排水孔流量，获得排水孔初始流量Q1；第n次测量的排水孔流量为Qn；每测一次排水流量，同步测量一次地下水位，得到初始地下水位为Z1，第n次测量时，地下水位观测孔的地下水位为Zn；根据测得的隔水层顶部高程Zw、排水孔排水流量Q、地下水位值计算排水孔运行性态参数Kn；根据排水孔运行性态参数Kn的大小，评估排水孔运行性态；本发明解决了仅采用排水流量判断排水孔运行状态，未考虑周边水头的影响，未反映其真实运行状态的问题，解决了在原排水孔处补打新孔判断排水孔性态，仅能对新孔附近排水孔性态进行评估，评估效率较低，成本较高的问题。

Description

一种排水孔运行性态评估方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程滑坡防护与治理领域，具体涉及一种排水孔运行性态评估方法。

背景技术

在坡体中设置排水孔是目前国内外广泛采用的滑坡灾害防治手段，通过排水孔疏排坡体内地下水，降低坡体地下水位，可实现有效提高坡体稳定性的目的，排水孔具有造价低廉、机动灵活、施工方便等特点，排水孔技术已在诸多滑坡防治工程中得到应用。

巨型坡体的坡体深厚，巨型坡体的滑坡防治一般采用如图1所示的地下排水洞1结合仰式排水孔2的组合排水方式，图1中的坡体包括下层稳定的滑床、滑床上面的隔水层3即滑带、隔水层上面的滑体即透水层，地下排水洞1位于稳定的滑床中，现有技术中，一般是通过钻爆法施工形成地下排水洞1，地下排水洞1为排水孔2的施工提供空间，采用钻机由下至上钻孔施工形成排水孔2，排水孔从排水洞内自下往上施工，排水孔穿过滑带即隔水层3进入坡体透水层，排水孔2的底端与地下排水洞1连通，排水孔2的顶端位于滑体中即位于透水层；在重力的作用下，滑体即透水层中的地下水从排水孔2流入地下排水洞1，再由排水洞1的排水沟排出。

为防止孔壁坍塌，一般需要在排水孔内安装孔内保护装置，孔内保护装置一般由多段塑料滤水管或者设有花孔的硬质PVC管连接而成；为满足排水孔长期运行要求，防止岩块、碎土及颗粒在水流作用下淤堵排水孔致其失效，会在所述的塑料滤水管或者设有花孔的硬质PVC管外包土工布；外包土工布的塑料滤水管或者设有花孔的硬质PVC管安装在钻孔形成的排水孔内，地下水经塑料滤水管或者设有花孔的硬质PVC管汇入排水洞1，再从排水洞1的排水沟排出；地下水能穿过土工布，粒径大于0.1mm的颗粒不能穿过土工布，土工布对粒径大于0.1mm的颗粒起到过滤作用。

排水孔2将坡体的地下水导排至排水洞，所述地下水再从排水洞1的排水沟排出，由于排水孔是巨型滑坡坡体防治的主要治理措施，排水孔的长期运行性态备受关注。

排水孔在运行过程中，粒径小于0.1mm的细颗粒在穿过土工布过程中，可能停留在土工布内部影响排水效果；此外地下水中化学物质可能在土工布内形成结晶，进一步影响排水效果，甚至导致排水孔严重淤堵甚至失效；因此，有必要评估排水孔的运行性态，以针对性对排水孔进行补打，如果原排水孔被堵塞，则在原排水孔附近补打一个新的排水孔，以确保排水效果。目前排水孔运行性态评估方法主要有两类：一类为根据排水孔的流量判断其运行性态，另一类直接在原排水孔处补打新孔，通过原排水孔与新排水孔排水量对比判断原排水孔性态。现有的排水孔运行性态评估方法存在如下问题：

第一点：采用排水流量判断排水孔运行状态，未考虑周边水头的影响，未反映其真实运行状态；排水流量不仅与排水孔本身的排水性能相关，排水孔的性态越好，其渗透性越好，排水孔的流量越大；排水孔流量还与排水孔周边的水头相关，排水孔周边水头越高，排水孔的流量越大。仅采用排水孔流量判断排水孔运行性态时，未考虑排水孔周边水头的因素，容易对排水孔运行状态造成误判。例如，某个排水孔初始排水流量很大，当周围地下水完全排干或者几乎排干时，排水孔流量会降低到很低，但此时排水孔运行性态并不差，当强降雨后排水孔周边地下水上升时，其排水流量仍会上升。

第二点：在原排水孔处补打新孔判断排水孔性态，仅能对新孔附近的排水孔性态进行评估，效率较低，成本较高；在原排水孔处补打新孔，安装新的排水孔孔内保护装置，采用新排水孔排水流量与原排水孔排水流量的比值，可以直观判断排水孔性态。当比值较大时，说明原排水孔性态较差，补打新孔的操作是有价值的；当比值接近1时，说明原排水孔性态较好，补打新孔的操作是完全浪费的。排水孔深度一般长达数十米，补打新排水孔施工需要数天时间，造价达数万或数十万。此外补打新孔仅能对新打的排水孔附近的几个排水孔的性态进行评估，当排水孔数量较多时，此种评估方法的效率相当低，成本也非常高。

发明内容

本发明目的是提供一种排水孔运行性态评估方法。

为实现以上目的，本发明技术方案为：

一种排水孔运行性态评估方法，包括以下步骤：

测量坡体隔水层顶部高程Zw；

确定待评估的排水孔及地下水位观测孔；

待排水孔排水流量稳定后，测量排水孔的孔口排水孔流量Q，得到排水孔初始流量Q1；得到排水孔初始流量Q1后，定期在排水孔孔口测量排水孔流量Q，第二次测量时排水孔流量为Q2，第n次测量时排水孔流量为Qn；

每测一次排水流量，同步测量一次地下水位，得到初始地下水位为Z1，第n次测量时，地下水位观测孔的地下水位为Zn；

根据测得的隔水层顶部高程Zw、排水孔排水流量Q、地下水位值计算排水孔运行性态参数Kn；

根据排水孔性态参数Kn的大小，评估排水孔运行性态。

进一步的是，所述排水孔流量Q的测量方法是，待排水孔排水流量稳定后，在待评估的排水孔的孔口测量排水孔流量，用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量Q通过以下进行计算：Q=V/(t2-t1)；

连续多次测量排水孔流量，每间隔固定时间用标准量筒接排水孔渗水，并通过公式Q=V/(t2-t1)计算一次排水孔流量Q，连续测量多次得到多个排水孔流量Q值，所述多个排水孔流量Q值中，最大值与最小值之差小于设定值时，取多次测量中最后一次得到的排水孔流量Q值为排水孔初始流量Q1；

得到排水孔初始流量Q1后，定期在排水孔孔口测量排水孔流量，排水孔流量已经稳定，每次仅测量一次；采用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量按照Q=V/(t2-t1)进行计算，定期测量排水孔孔口排水流量，第二次测量时排水孔流量为Q2，第n次测量时排水孔流量为Qn。

进一步的是，所述地下水位的测量方法是：在测量排水初始流量Q1时，选择待评估的排水孔附近的地下水位观测孔观测地下水位，地下水位观测孔距离待评估的排水孔水平距离不大于100m，测得初始地下水位为Z1；

在定期测量排水流量时，同步对待评估的排水孔附近的地下水位观测孔的地下水位进行测量；每测一次排水流量，同步测量一次地下水位；第二次测量时，地下水位观测孔的地下水位为Z2；第n次测量时，地下水位观测孔的地下水位为Zn。

进一步的是，所述排水孔运行性态参数Kn计算方法是：

其中：Z1为初始地下水位值；Zw为隔水层顶部高程；Qn为第n次测量时排水孔流量值；Zn为第n次测量时地下水位值；Q1为排水孔初始流量。

进一步的是，所述评估排水孔运行性态的方法是：

当排水孔运行性态参数0.67＜Kn≤1时，排水孔运行性态良好；

当排水孔运行性态参数0.33＜Kn≤0.67，排水孔运行性态中等；

当排水孔运行性态参数0≤Kn≤0.33时，排水孔运行性态较差，当发现设定数量的排水孔性态较差时，补打新的排水孔。

本发明的有益效果是：

本发明适用于坡体地下深排水孔运行性态评估，解决了仅采用排水流量判断排水孔运行状态，未考虑周边水头的影响，未反映其真实运行状态的问题，同时解决了在原排水孔处补打新孔判断排水孔性态，仅能对新孔附近排水孔性态进行评估，评估效率较低，成本较高的问题。本发明具有以下优点：

1.本发明排水孔运行性态评估方法综合考虑了不同时段排水流量和周围地下水位的变化情况，科学判断排水孔的运行性态，避免出现误判。

本发明排水孔运行性态评估方法综合考虑了排水流量和附近地下水位情况，可以科学判断排水孔的运行性态。例如，某个排水孔初始排水流量很大，当周围地下水完全排干或者几乎排干时，排水孔流量会降低到很低，排水孔运行性态参数仍然较大，可评估认为排水孔性态良好；当强降雨后排水孔周边地下水上升时，其排水流量也会上升，排水孔运行性态参数仍然较大。因此，采用本发明方法可以科学判断排水孔的运行状态，不会出现仅仅由于附近地下水暂时排干而错误判断排水孔失效的情况。

2.本发明排水孔运行性态评估方法可利用坡体现有测量数据，操作简便且成本低。

坡体在运行过程中，一般会对排水孔排水流量和坡体地下水位进行定期观测。本发明排水孔运行性态评估方法可直接利用坡体测量数据，包括各时段排水孔的排水流量，以及滑坡地下水位值，通过计算分析即可评估排水孔性态。与在原排水孔处补打新孔判断排水孔性态的方法相比，本发明排水孔运行性态评估方法操作简便，不需要投入过多的人力物力，效率高且成本低。

附图说明

图1 为本发明排水孔初始流量和周围初始地下水位测量示意图。

图2 为本发明第n次排水孔流量和周围地下水位测量示意图。

其中：1-排水洞；2-排水孔；3-隔水层；4-地下水位观测孔；5-坡体表面。

Q1-排水孔初始流量值；Z1-初始地下水位值；Zw-隔水层顶部高程；Qn-第n次测量时排水孔流量值；Zn-第n次测量时地下水位值。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

本发明排水孔运行性态动态评估方法，核心是记录排水孔的初始排水流量，以及附近地下水位孔的初始地下水位，动态记录排水孔的排水流量，以及附近地下水位孔的地下水位，根据评估公式计算排水孔运行状态系数，将排水孔运行性态划分为“良好、中等、较差”等三个等级，测量方法具体包括以下步骤：

步骤一：测量隔水层3顶部高程Zw。

本发明中，从排水洞1内自下而上实施排水孔钻孔，排水孔2应穿过隔水层3即滑带以上不少于6m。当排水孔钻孔完成后，及时安装好排水孔的孔内保护装置例如外包土工布的塑料滤水管或者设有花孔的硬质PVC管，防止排水孔孔内塌孔，影响排水性态。排水孔钻孔过程中，根据钻孔反渣并结合孔内电视成像，测量隔水层3顶部高程，隔水层3顶部高程取值为Zw。

本发明中，隔水层3的顶部高程是指相对选定的参考面的高程，所述选定的参考面是选定的某一海平面，则此时隔水层3的顶部高程可以是隔水层3的海拔高度。

步骤二：确定待评估的排水孔及地下水位观测孔4

选定待评估的一个排水孔2，根据坡体地下排水孔布置方案，对地下水位观测孔4的孔位进行布置，应保证地下水位观测孔4与待评估的排水孔2的距离不大于100m，具体是指两者的水平方向距离不大于100m。地下水位观测孔4的顶部位于坡体表面5，底部应直至坡体隔水层3。

步骤三：待排水孔排水一周排水流量逐渐稳定后，在排水孔2的孔口测量排水孔流量

待排水孔排水一周排水流量逐渐稳定后，在待评估的排水孔2的孔口测量排水孔流量，具体方法是用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量为通过公式（1）进行计算。

Q=V/(t2-t1) （1）

连续多次测量排水孔流量，具体是每隔10min用标准的量筒接排水孔渗水，并通过公式（1）计算一次排水孔流量Q，连续测量6次得到6个排水孔流量Q值，所述6个排水孔流量Q值中，最大值与最小值之差小于10%时，取6次测量中最后一次得到的排水孔流量Q值为排水孔初始流量Q1。

得到排水孔初始流量Q1后，每周定期例如每隔三天在排水孔孔口测量排水孔流量，由于排水孔流量已经稳定，每次测量仅仅需测量一次即可，不再需连续测量6次；测量排水孔流量的方法仍然是采用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量按照Q=V/(t2-t1)进行计算，每周定期一次或多次测量排水孔孔口排水流量，第2次测量时排水孔流量为Q2，第3次测量时排水孔流量为Q3，以此类推，第n次测量时排水孔流量为Qn。

步骤四：测量地下水位

在测量排水初始流量Q1时，选择待评估的排水孔2附近的地下水位观测孔4观测地下水位，地下水位观测孔4距离待评估的排水孔2水平距离应不大于100m。通过地下水位观测孔4内埋置的渗压计，或者从地下水位观测孔4的孔口下入电测水位计，测得初始地下水位为Z1。

每次工作人员测量排水流量Q时，可由其他工作人员同步测量一次地下水位；排水初始流量Q1对应的初始地下水位为Z1。

在定期测量排水流量时，同步对待评估的排水孔2附近的地下水位观测孔4的地下水位进行测量；每测一次排水流量，同步测量一次地下水位。第2次测量时，地下水位观测孔4的地下水位为Z2；第3次测量时，地下水位观测孔4的地下水位为Z3；以此类推，第n次测量时，地下水位观测孔4的地下水位为Zn。

本发明中，地下水位观测孔4的地下水位是指坡体中地下含水层中水面的高程，具体是指相对选定的参考面的高程，测量地下水位值时，所选的参考面与测量隔水层3顶部高程Zw所选的参考面一致。

步骤五：根据上述各步骤测得的数值，计算排水孔运行性态参数Kn。

第2次测量时排水孔运行性态参数为 ，第n次测量时排水孔运行性态参数为/>。

步骤六：根据排水孔性态参数Kn的大小，来评估排水孔的性态。

根据评估公式计算排水孔运行状态系数，将排水孔运行性态划分为“良好、中等、较差”等三个等级。

当排水孔运行性态参数满足0.67＜Kn≤1时，说明排水孔运行性态良好；当排水孔运行性态参数满足0.33＜Kn≤0.67，说明排水孔运行性态中等；当排水孔运行性态参数0≤Kn≤0.33时，说明排水孔运行性态较差；本发明中的阈值0.33或者0.67，是在多个工程项目中，依据多次试验后确定的数值。

通过本发明方法，可以评估每一个排水孔的运行状况，实际工程中，并非出现一个排水孔运行性态较差即补打新排水孔，而是坡体治理后运行过程中，当发现一定数量的排水孔性态较差时，即可组织施工单位在性态较差的排水孔附近进行补打，以保证排水孔能持续稳定排出坡体地下水，确保坡体长期稳定性；所述的一定数量的排水孔，具体的数值可根据工程实际情况确定。

最后应说明的是：本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (4)

1.一种排水孔运行性态评估方法，其特征在于：

测量坡体隔水层（3）顶部高程Zw；

确定待评估的排水孔（2）及地下水位观测孔（4）；

待排水孔排水流量稳定后，测量排水孔（2）的孔口排水孔流量Q, 得到排水孔初始流量Q1；得到排水孔初始流量Q1后，定期在排水孔孔口测量排水孔流量Q，第二次测量时排水孔流量为Q2，第n次测量时排水孔流量为Qn；

每测一次排水流量，同步测量一次地下水位，得到初始地下水位为Z1，第n次测量时，地下水位观测孔（4）的地下水位为Zn；

根据测得的隔水层（3）顶部高程Zw、排水孔排水流量Q、地下水位值计算排水孔运行性态参数Kn；

根据排水孔性态参数Kn的大小，评估排水孔运行性态, 所述排水孔运行性态参数Kn计算方法是：

Kn=其中：Z1为初始地下水位值；Zw为隔水层顶部高程；Qn为第n次测量时排水孔流量值；Zn为第n次测量时地下水位值；Q1为排水孔初始流量。

2.根据权利要求1所述的一种排水孔运行性态评估方法，其特征在于：所述排水孔流量Q的测量方法是，待排水孔排水流量稳定后，在待评估的排水孔（2）的孔口测量排水孔流量，用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量Q通过以下进行计算：Q=V/(t2-t1)；

连续多次测量排水孔流量，每间隔固定时间用标准量筒接排水孔渗水，并通过公式Q=V/(t2-t1)计算一次排水孔流量Q，连续测量多次得到多个排水孔流量Q值，所述多个排水孔流量Q值中，最大值与最小值之差小于设定值时，取多次测量中最后一次得到的排水孔流量Q值为排水孔初始流量Q1；

得到排水孔初始流量Q1后，定期在排水孔孔口测量排水孔流量，排水孔流量已经稳定，每次仅测量一次；采用标准的量筒接排水孔渗水，记录开始接水的起始时间t1，待量筒内水接至标准刻度V后，记录接水的停止时间t2，排水孔流量按照Q=V/(t2-t1)进行计算，定期测量排水孔孔口排水流量，第二次测量时排水孔流量为Q2，第n次测量时排水孔流量为Qn。

3.根据权利要求1所述的一种排水孔运行性态评估方法，其特征在于：所述地下水位的测量方法是：在测量排水初始流量Q1时，选择待评估的排水孔（2）附近的地下水位观测孔（4）观测地下水位，地下水位观测孔（4）距离待评估的排水孔（2）水平距离不大于100m，测得初始地下水位为Z1；

在定期测量排水流量时，同步对待评估的排水孔（2）附近的地下水位观测孔（4）的地下水位进行测量；每测一次排水流量，同步测量一次地下水位；第二次测量时，地下水位观测孔（4）的地下水位为Z2；第n次测量时，地下水位观测孔（4）的地下水位为Zn。

4.根据权利要求1所述的一种排水孔运行性态评估方法，其特征在于：所述评估排水孔运行性态的方法是：

当排水孔运行性态参数0.67＜Kn≤1时，排水孔运行性态良好；

当排水孔运行性态参数0.33＜Kn≤0.67时，排水孔运行性态中等；

当排水孔运行性态参数0≤Kn≤0.33时，排水孔运行性态较差，当发现设定数量的排水孔性态较差时，补打新的排水孔。