一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)及排水方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)和排水方法，特別適用于降雨豐富地區(qū)的堆積體邊坡排水。所述的高揚程虹吸排水系統(tǒng)由自動排水系統(tǒng)與自動恢復(fù)系統(tǒng)組成。自動排水系統(tǒng)由虹吸排水孔、高揚程虹吸排水管、虹吸儲水管等組成；自動恢復(fù)系統(tǒng)由集水盲溝、集水箱、灌水管、雙向進出水閥等組成。利用揚程高于5m的高揚程虹吸排水系統(tǒng)，自動高效實時排出邊坡內(nèi)多余的地下水；利用自動恢復(fù)系統(tǒng)對自動排水系統(tǒng)進行逆向灌水啟動虹吸，排出積累于虹吸管內(nèi)的空氣，保證正向虹吸系統(tǒng)的長期有效。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無需動力，排水效果好，長期性好，適用性強，工程的維護費用低。
【專利說明】一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)及排水方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于邊坡排水【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種免動力的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)和排水方法，特別適用于降雨豐富地區(qū)的堆積土邊坡排水。

【背景技術(shù)】
[0002]降雨入滲引起邊坡體地下水位上升，可能誘發(fā)滑坡災(zāi)害。及時排出坡體地下水，將坡內(nèi)地下水位控制在安全水位面以下，對防止滑坡災(zāi)害發(fā)生具有重要意義。虹吸排水具有免動力和流動過程由液位變化自動控制的物理特性，非常適合坡體地下水位控制的需要。虹吸的揚程是指虹吸上水管中液體從最低處抬升至最高處的垂直高度。在一個大氣壓的條件下，自然虹吸所能帶動的最大水柱高度約為10.24m,即自然虹吸所能達到的極限揚程為
10.24m。邊坡虹吸排水有兩個顯著的特征:(1)坡體地下水一般埋深較大，需要采用高揚程虹吸，而這是低揚程虹吸難以做到的；(2)旱季長期無水，虹吸管會經(jīng)歷很長的停流期。
[0003]液體中一般溶解有氣體，定溫下液體中的氣體溶解度與該氣體在液面上的平衡分壓成正比，而虹吸管內(nèi)液體的壓力隨距管口液面的高程增大而逐漸減小。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，揚程在5m以上的高揚程時，因虹吸管內(nèi)低壓環(huán)境會使溶于水的空氣大量釋放形成氣泡，從而在高揚程虹吸系統(tǒng)頂部出現(xiàn)空氣段(如圖1所示)。因虹吸管內(nèi)壓力降低而析出空氣形成的氣泡，如果不能在虹吸排水過程中使析出的氣泡隨水流排出，勢必會造成虹吸管頂部空氣的不斷積聚而造成虹吸過程中斷。由于高揚程虹吸管內(nèi)壓力變化大，空氣析出作用強烈。因此，低揚程虹吸與高揚程虹吸存在著物理條件的根本性差別。
[0004]目前的虹吸應(yīng)用中，除水利工程涉及揚程在5m以上的高揚程虹吸外，一般只涉及低揚程虹吸。水利工程上的高揚程輸水，通常在虹吸管的頂部設(shè)置排氣裝置(例如排氣閥)，以防止虹吸管的頂部發(fā)生空氣積累而破壞虹吸過程，不適用于邊坡高揚程虹吸排水。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，揚程在5m以下的低揚程虹吸，為保證虹吸的長期有效，一般通過控制虹吸出水端和進水端在同一海拔高程以保證進水端的水不被抽干，而保證排水過程順利進行。該法由于虹吸進水端、出水端在同一海拔高程，虹吸流速較慢，排水效果欠佳。
[0005]高揚程虹吸存在需要克服的空氣積累的技術(shù)問題。水中溶解有空氣，其溶解度與壓力成正比，高揚程虹吸管頂附近的低壓環(huán)境，必然導(dǎo)致大量空氣釋放。并且，由于降雨的間歇性，導(dǎo)致坡體中的地下水位時漲時落，因此，邊坡虹吸排水是一個間歇性過程，當(dāng)間歇時間過長時，虹吸管內(nèi)會產(chǎn)生空氣積累，如圖2所示的上水管頂部空氣段長度h隨時間變化曲線圖可知，上水管頂部空氣段長度h會隨時間明顯增大。
[0006]在上水管頂部空氣段長度h較大的情況下，虹吸進水口水位需要大幅上升才能重新自動恢復(fù)虹吸，其結(jié)果可能因坡體地下水位大幅上升而發(fā)生滑坡，失去邊坡虹吸排水的本來意義。因此，對于高揚程虹吸排水，經(jīng)常性進行虹吸啟動是十分必要的，可防止虹吸管內(nèi)產(chǎn)生過多的空氣積累，保障虹吸持續(xù)有效。人工啟動虹吸維護工作量大、啟動虹吸的合理時機選擇困難。
[0007]目前的邊坡排水中使用的低揚程虹吸排水系統(tǒng)，一般做法是地下水位上升至一定高度才啟動虹吸排水系統(tǒng)，排水缺乏先期預(yù)警能力。地下水的抬升往往滯后于降雨，若無法及時排出，會造成坡體地下水位大幅上升而發(fā)生滑坡，在發(fā)生降雨初期就使虹吸排水系統(tǒng)處于一個警戒狀態(tài)是實現(xiàn)高效及時排水、避免山體滑坡的先決條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有虹吸技術(shù)中的缺陷，提供一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，所述的虹吸排水系統(tǒng)能實現(xiàn)虹吸揚程在5m以上，充分利用了高揚程虹吸的優(yōu)點，克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，可以無需排氣裝置(例如排氣閥)，無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效；能夠在降雨初期就自動使排水系統(tǒng)啟動，處于一個隨時可排水的警戒狀態(tài)；并且，可以設(shè)置虹吸管進出水口高差保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)高效及時排水。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，所述的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)包括自動排水系統(tǒng)與自動恢復(fù)系統(tǒng)，其中:
所述的自動排水系統(tǒng)包括高揚程虹吸排水管；所述的高揚程虹吸排水管用于在邊坡地下水位抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡體內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下，所述的自動排水系統(tǒng)包括多根高揚程虹吸排水管；
所述的自動恢復(fù)系統(tǒng)包括集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)，所述的集水系統(tǒng)用于匯集外部水源來水，所述集水系統(tǒng)中設(shè)置設(shè)定水位；所述的集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)相連，待所述集水系統(tǒng)集水至設(shè)定水位時，外部水源來水進入所述逆向壓水系統(tǒng)；所述的逆向壓水系統(tǒng)與所述的自動排水系統(tǒng)相連，并通過所述的逆向壓水系統(tǒng)對所述的自動排水系統(tǒng)的高揚程虹吸排水管實現(xiàn)由坡體外高揚程虹吸排水管出水端向坡體內(nèi)高揚程虹吸排水管進水端進行逆向灌水，啟動正向虹吸，排出積累于高揚程虹吸排水管內(nèi)的空氣，保證所述自動排水系統(tǒng)虹吸長期有效；所述高揚程虹吸排水管進水端的海拔高程高于所述高揚程虹吸排水管出水端的海拔高程；集水系統(tǒng)集水至設(shè)定水位即啟動逆向灌水，從而實現(xiàn)對高揚程虹吸排水管逆向灌水排出累積空氣，集水系統(tǒng)的集水速率越快，逆向灌水的頻率也就越高。
[0010]本發(fā)明所述的高揚程虹吸管的揚程為5m以上，優(yōu)選的高揚程虹吸管的揚程為7m以上，更優(yōu)選的高揚程虹吸管的揚程為Sm以上；不超過自然虹吸所能達到的極限揚程
10.24m。
[0011]本發(fā)明所述的外部水源來水可以是雨水，也可以是雨水引起的地表徑流。
[0012]本發(fā)明所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)充分利用高揚程虹吸的優(yōu)點，巧妙地克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，通過逆向壓水系統(tǒng)的逆向灌水有效排出積累于高揚程虹吸排水管內(nèi)的空氣，實現(xiàn)邊坡地下水的實時排出。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)是根據(jù)邊坡地下水位的高低來啟動虹吸排水，并且現(xiàn)有技術(shù)采用的是低揚程虹吸排水，只有當(dāng)?shù)叵滤乃淮蠓忍龝r，才會啟動虹吸排水，地下水的抬升往往滯后于降雨，若地下水無法及時排出，容易造成坡體地下水位大幅上升而發(fā)生滑坡。邊坡的地下水范圍較大，由整體的地下水位的大幅度變化來決定虹吸啟動存在較大的安全隱患。本發(fā)明可根據(jù)實際需要，在所述的集水系統(tǒng)中設(shè)置設(shè)定水位，作為逆向灌水的啟動判據(jù)，從而實現(xiàn)本發(fā)明所述免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)的預(yù)啟動。所述的設(shè)定水位由所述高揚程虹吸排水管的數(shù)量與長度決定。由于集水系統(tǒng)中匯集的水量遠小于邊坡的地下水量，相對于整體的邊坡地下水位，集水系統(tǒng)中的設(shè)定水位對降雨更為敏感，僅需少量水即可激活所述的預(yù)啟動，無需根據(jù)地下水位的高低來判定是否啟動虹吸。由此可以在雨季時期的降雨初期，實現(xiàn)本發(fā)明所述高揚程虹吸排水管內(nèi)空氣的自動排出，使本發(fā)明所述自動排水系統(tǒng)處于自動的警戒虹吸啟動狀態(tài)，即為所述的預(yù)啟動；這之后，只要邊坡的地下水位發(fā)生抬升就立即自動啟動虹吸，利用本發(fā)明所述高揚程虹吸排水管實時排出坡內(nèi)的地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0014]在一個大氣壓下，自然虹吸所能達到的極限揚程為10.24m,由于虹吸自然極限揚程的限制，當(dāng)虹吸排水管進水端水位下降至極限揚程對應(yīng)的水位以下時，虹吸自動停止，本發(fā)明的自動排水系統(tǒng)可使高揚程虹吸排水管進水端的水不被抽干，使得所述高揚程虹吸排水管進水端保持水密封。由此可以自由設(shè)置高揚程虹吸排水管進水端、出水端的相對高度差來保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)高效實時排水。特別適用于降雨豐富地區(qū)的堆積土邊坡排水。
[0015]目前的虹吸應(yīng)用中，除水利工程涉及揚程在5m以上的高揚程虹吸外，一般只涉及低揚程虹吸。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，揚程在5m以下的低揚程虹吸，為保證虹吸的長期有效，一般通過控制虹吸出水端和進水端在同一海拔高程保證進水端的水不被抽干，而保證排水過程順利進行。該法由于虹吸進出水口在同一海拔高程，虹吸流速較慢，排水效果欠佳。
[0016]本發(fā)明所述的高揚程虹吸排水管的數(shù)量與邊坡規(guī)模及當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境相關(guān)，所述的邊坡規(guī)模是指邊坡的總方量及其后緣的匯水面積大小，所述的當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境是指當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r及邊坡土質(zhì)因素等引起的降雨入滲等的差別。假定邊坡后緣匯水面積為A年平均降雨量為i，降雨滲入土里的百分數(shù)，即降雨入滲率為/；，強降雨時期需要考慮的安全系數(shù)為a，其余途徑的地下水補給量&水通過鉆孔的孔壁進入虹吸儲水管的匯水分流系數(shù)為η，則可估算得到年平均所需排水量^為:
Q= Tjiasfj + U)(I)
假定一根高揚程虹吸排水管一天內(nèi)所能實現(xiàn)的排水量為w則計算所需高揚程虹吸排水管的數(shù)量《的表達式為:niasfi + b)
n = ——-(2)
365 g
進一步地，根據(jù)所屬高揚程虹吸管的數(shù)量及邊坡規(guī)模布設(shè)虹吸排水孔的數(shù)量，出于經(jīng)濟因素考慮，一個虹吸排水孔內(nèi)放置大于等于2根，優(yōu)選3?5根高揚程虹吸排水管，局部地區(qū)視情況加密。
[0017]進一步地，所述高揚程虹吸排水管進水端比所述高揚程虹吸排水管出水端的海拔高程高3m以上?？梢员ＷC較高的虹吸流速，實現(xiàn)較好的排水效果。
[0018]進一步地，所述的自動排水系統(tǒng)包括虹吸排水孔、高揚程虹吸排水管、虹吸儲水管、雙向進出水閥；所述的虹吸儲水管置于所述的虹吸排水孔底部；所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m ;所述的高揚程虹吸排水管通過所述的虹吸排水孔進入邊坡體內(nèi)深部，所述的高揚程虹吸排水管進水端置于所述虹吸排水孔底部的虹吸儲水管內(nèi)，所述的高揚程虹吸排水管出水端放入所述的雙向進出水閥中，所述的雙向進出水閥以海拔高程低于虹吸排水孔底面海拔高程的方式放置于坡體外的坡面上；所述的雙向進出水閥包括出水口、儲水箱以及浮箱，所述儲水箱一側(cè)開所述出水口，另一側(cè)與所述高揚程虹吸排水管出水端相連，所述浮箱位于所述儲水箱內(nèi)，所述浮箱外寬與所述儲水箱內(nèi)寬一致；作為優(yōu)選，所述儲水箱內(nèi)壁光滑，便于所述浮箱上下滑動。放置雙向進出水閥的坡面優(yōu)選為平整坡面。作為優(yōu)選，所述雙向進出水閥的位置應(yīng)設(shè)置于低于虹吸排水孔底面3m以上的位置，可以保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)較好的排水效果。
[0019]在一個大氣壓的條件下，自然虹吸所能達到的極限揚程為10.24m,由于虹吸自然極限揚程的限制，當(dāng)高揚程虹吸排水管進水端水位下降至極限揚程對應(yīng)的水位以下時，虹吸自動停止。降雨時坡體內(nèi)地下水水位逐漸上升，地下水通過鉆孔的孔壁進入虹吸儲水管內(nèi)，當(dāng)儲水管內(nèi)水位提升后，正向虹吸啟動，地下水被排出坡體外，這時坡體地下水位不再快速升高，當(dāng)降雨停止后，坡體內(nèi)的地下水位就逐漸降低，當(dāng)其下降到極限揚程對應(yīng)的水位，即為所述的安全水位時，正向虹吸過程停止，虹吸儲水管的水位與地下水的水位保持一致，達到平衡。因此，必須保證所述的虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m，才能使得高揚程虹吸排水管進水端一直在虹吸儲水管的水面以下，形成水密封。
[0020]為達到該目的，可以在打設(shè)虹吸排水孔時，采用傾斜式鉆孔的做法，通過調(diào)整鉆孔深度與角度來實現(xiàn)虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差，如圖3所示。傾斜式鉆孔可以實現(xiàn)垂直鉆孔無法達到的深層地下水排水。并且，還可以自由設(shè)置高揚程虹吸排水管進水端和出水端的高度差，可根據(jù)實際需要，通過調(diào)整所述的高度差來調(diào)整虹吸流速，以保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)高效及時排水。
[0021]進一步地，所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差不低于11?12m，更進一步地，在工程實際中，取所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差為11?12m，即可保證所述虹吸儲水管內(nèi)儲有I?2m的水，使得高揚程虹吸排水管進水端一直在虹吸儲水管的水面以下，形成水密封。
[0022]進一步地，所述的虹吸儲水管長度> Im,優(yōu)選的虹吸儲水管長度取I?2m，優(yōu)選的虹吸儲水管的材料為不透水耐腐蝕的硬塑料。所述虹吸儲水管的管徑小于所述的虹吸排水孔的孔徑，用以存儲一定的坡體內(nèi)滲入的地下水及逆向壓水系統(tǒng)灌入的水。所述虹吸儲水管底端密閉，頂端開口，頂端的海拔高程高于虹吸極限揚程對應(yīng)的水位，所述的高揚程虹吸排水管進水端位于所述虹吸儲水管底端。
[0023]進一步地，所述的高揚程虹吸排水管內(nèi)徑< 5_。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)徑< 5_的虹吸管，在虹吸流動過程中，可以形成彈狀流型，保證即使在緩慢的虹吸流動過程中也不會發(fā)生管頂空氣的積累。作為優(yōu)選，所述高揚程虹吸排水管可以采用內(nèi)徑< 5mm的尼龍(PA)虹吸管。
[0024]進一步地，所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管、出水口、儲水箱、浮箱；所述的儲水箱一端開出水口，儲水箱另一端匯集全部高揚程虹吸排水管，可以使用止水材料密封和固定所述的儲水箱與所述的高揚程虹吸排水管結(jié)合部，所述高揚程虹吸排水管出水端進入所述儲水箱內(nèi)；所述的浮箱僅在面向高揚程虹吸排水管進入一端一側(cè)開口，如圖4(a)所示；優(yōu)選的止水材料是玻璃膠。
[0025]當(dāng)所述的自動排水系統(tǒng)處于正向虹吸階段時，所述的儲水箱的浮箱由于重力及水壓的作用被壓于儲水箱底部，虹吸排水可以從高揚程虹吸排水管位于坡體內(nèi)一側(cè)的進水端吸水，經(jīng)高揚程虹吸排水管從位于坡體外一側(cè)的出水端排出，見圖4 (a)中的a方向。
[0026]進一步地，所述的集水系統(tǒng)包括集水盲溝和集水箱；所述的集水箱內(nèi)部設(shè)置有排水口與浮標，并設(shè)置合適的設(shè)定水位，所述的集水箱由所述的集水盲溝供水。
[0027]所述的設(shè)定水位是指集水系統(tǒng)中達到能使所述高揚程虹吸管及虹吸儲水管充滿水的計算水量對應(yīng)的水位，可根據(jù)布設(shè)的所述高揚程虹吸排水管的數(shù)量與長度在所述集水箱內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)定水位。
[0028]假定一個虹吸排水孔內(nèi)放置3根高揚程虹吸排水管，高揚程虹吸排水管管徑為平均長度為I1,虹吸儲水管的管徑為長度為I2,集水箱的底面積為兒灌水過程中往往存在水的溢漏等，故所需的供水量乘以一個擴大系數(shù)盧，則設(shè)定水位的高度A可以用下式計算得到:
h = — (ηπη% + — )(3)
j3
當(dāng)邊坡規(guī)模較大時，宜分散布設(shè)多個集水系統(tǒng)，每個集水系統(tǒng)對應(yīng)10?30個虹吸排水孔，假定一個虹吸排水孔內(nèi)放置3根高揚程虹吸排水管，每個集水系統(tǒng)對應(yīng)#個虹吸排水孔，則此時設(shè)定水位的高度A可以得到:
Q0n
A = — (βΝπ!\ I1 + Nfrr《i2 )(4)
所述的浮標感應(yīng)所述的集水箱中的水量，當(dāng)水量未達到設(shè)定水位時，令所述的排水口處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)水量累積達到設(shè)定水位時，浮標浮起，排水口開啟，利用重力將水灌入所述的儲水箱內(nèi)，從而實現(xiàn)不定期的逆向灌水，集水箱中水量累積的速率決定了逆向灌水的頻率，集水系統(tǒng)的集水速率越快，逆向灌水的頻率也就越高。
[0029]當(dāng)所述的自動排水系統(tǒng)處于長期間歇階段時，所述的集水箱中收集外部水源來水，通過所述的灌水管進行不定期灌水進入所述的儲水箱，由下而上的水壓令所述的浮箱浮起，出水口被堵住，水不能由所述的儲水箱向外流動，從而在高揚程虹吸排水管出水端產(chǎn)生較高的水壓，迫使灌入的水從高揚程虹吸排水管位于坡體外一側(cè)的出水端被壓入，經(jīng)所述的高揚程虹吸排水管向坡內(nèi)虹吸儲水管內(nèi)的進水端逆向流動，從而排出高揚程虹吸排水管內(nèi)積累的空氣，見圖4(b)中的b方向，從而使所述的自動排水系統(tǒng)自動處于隨時可以排水的警戒虹吸啟動狀態(tài)。因此所述的自動排水系統(tǒng)能實現(xiàn)虹吸揚程在5m以上，克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，可以無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效。
[0030]進一步地，所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管、出水口、儲水箱、浮箱；所述的儲水箱一端開出水口，儲水箱另一端匯集全部高揚程虹吸排水管，可以使用止水材料密封和固定所述的儲水箱與所述的高揚程虹吸排水管結(jié)合部，所述高揚程虹吸排水管出水端進入所述儲水箱內(nèi)；所述的浮箱僅在面向高揚程虹吸排水管進入一端一側(cè)開口，如圖4(a)所示；優(yōu)選的止水材料是玻璃膠。所述的集水系統(tǒng)包括集水盲溝和集水箱；所述的集水箱內(nèi)部設(shè)置有排水口與浮標；所述的集水箱由所述的集水盲溝供水，通過所述的灌水管與所述的儲水箱相連；所述的浮標感應(yīng)所述的集水箱中的水量，當(dāng)水量未達到設(shè)定水位時，令所述的排水口處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)水量累積達到設(shè)定水位時，浮標浮起，排水口開啟，利用重力將水通過灌水管灌入所述的儲水箱內(nèi)。所述的設(shè)定水位是指集水系統(tǒng)中達到能使所述高揚程虹吸管及虹吸儲水管充滿水的計算水量對應(yīng)的水位，可根據(jù)布設(shè)的所述高揚程虹吸排水管的數(shù)量與長度在所述集水箱內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)定水位。
[0031]當(dāng)所述的自動排水系統(tǒng)處于正向虹吸階段時，所述的儲水箱的浮箱由于重力及水壓的作用被壓于儲水箱底部，虹吸排水可以從高揚程虹吸排水管位于坡體內(nèi)一側(cè)的進水端吸水,經(jīng)高揚程虹吸排水管由位于坡體外一側(cè)的出水端經(jīng)出水口排出；當(dāng)虹吸排水處于長期間歇階段時，在所述的集水箱中收集外部水源來水，通過所述的灌水管進行不定期灌水進入所述的儲水箱，由下而上的水壓令所述的浮箱浮起，出水口被堵住，水不能由儲水箱向外流動，從而在高揚程虹吸排水管出水端產(chǎn)生較高的水壓，迫使灌入的水從高揚程虹吸排水管位于坡體外一側(cè)的出水端被壓入，經(jīng)高揚程虹吸排水管由位于坡體內(nèi)一側(cè)的高揚程虹吸排水管向坡內(nèi)虹吸儲水管內(nèi)的進水端逆向流動，從而排出高揚程虹吸排水管內(nèi)積累的空氣，見圖4(b)中的b方向，從而使所述的自動排水系統(tǒng)自動處于隨時可以排水的警戒虹吸啟動狀態(tài)。因此所述的自動排水系統(tǒng)能實現(xiàn)虹吸揚程在5m以上，克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，可以無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效。
[0032]進一步地，所述集水箱布設(shè)在高于所述的虹吸排水孔孔口的位置。集水箱中的水量和邊坡地下水位共同受降雨影響，而地下水的抬升往往滯后于降雨，故集水箱集水要先于坡體地下水的抬升。邊坡的地下水范圍較大，由整體的地下水位的大幅度變化來決定虹吸啟動存在較大的安全隱患。本發(fā)明可根據(jù)實際需要，對所述的集水系統(tǒng)中的浮標設(shè)置設(shè)定水位，作為逆向灌水的啟動判據(jù)，從而實現(xiàn)所述自動排水系統(tǒng)的預(yù)啟動。由于集水系統(tǒng)中匯集的水量遠小于邊坡的地下水量，相對于整體的邊坡地下水位，集水系統(tǒng)中的設(shè)定水位對降雨更為敏感，僅需少量水即可激活本發(fā)明所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)的預(yù)啟動，無需根據(jù)地下水位的高低來判定是否啟動虹吸，啟動判據(jù)要求低，少量水即可激活系統(tǒng)，在必要的時候也可進行人工干預(yù)。由此可以在雨季時期的降雨初期，實現(xiàn)高揚程虹吸排水管內(nèi)空氣的自動排出，使所述的自動排水系統(tǒng)處于自動的警戒虹吸啟動狀態(tài)，即為所述的預(yù)啟動；這之后，只要邊坡的地下水位發(fā)生抬升就立即自動啟動虹吸，利用高揚程虹吸排水管實時排出坡內(nèi)的地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0033]作為優(yōu)選，所述的集水箱布設(shè)在高于所述的虹吸排水孔孔口 3m以上的位置，以保證逆向灌水有較高的流速。
[0034]本發(fā)明還提供與所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸系統(tǒng)相配套的排水方法，所述的方法包括如下步驟:
(1)集水系統(tǒng)匯集外部水源來水，當(dāng)水量累積到設(shè)定水位時，水自動由所述集水系統(tǒng)灌入逆向壓水系統(tǒng)；
(2)水在由所述集水系統(tǒng)灌入所述逆向壓水系統(tǒng)時，逆向壓水系統(tǒng)開始工作，將水逆向壓入自動排水系統(tǒng)的高揚程虹吸排水管中，排出高揚程虹吸排水管中積累的空氣；
(3)所述自動排水系統(tǒng)在清除高揚程虹吸排水管中積累的空氣后，正向虹吸過程啟動，由高揚程虹吸排水管位于坡體內(nèi)一側(cè)的進水端吸水,經(jīng)高揚程虹吸排水管由位于坡體外一側(cè)的出水端流出，實現(xiàn)向坡體外排水；當(dāng)邊坡地下水位一抬升時，所述自動排水系統(tǒng)就立即自動啟動虹吸，實時排出坡體內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0035]本發(fā)明所述的高揚程虹吸管的揚程為5m以上，優(yōu)選的高揚程虹吸管的揚程為7m以上，更優(yōu)選的高揚程虹吸管的揚程為Sm以上；不超過自然虹吸所能達到的極限揚程10.24mο
[0036]本發(fā)明所述的外部水源來水可以是雨水，也可以是雨水引起的地表徑流。
[0037]所述的設(shè)定水位是指集水系統(tǒng)中達到能使所述高揚程虹吸管及虹吸儲水管充滿水的計算水量對應(yīng)的水位。
[0038]進一步地，本發(fā)明還提供與所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸系統(tǒng)相配套的排水方法，包括如下步驟:
(1)通過邊坡工程地質(zhì)條件分析邊坡地下水深度及需要控制的地下水位，打設(shè)所述的虹吸排水孔進入邊坡潛在滑動面下的安全水位以下，控制所述的虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m ；
(2)連接所述的集水箱與集水盲溝，并將所述的浮標置于集水箱排水口處；
(3)將所述的浮箱安裝于儲水箱內(nèi)，與所述儲水箱一側(cè)開的出水口共同組成雙向進出水閥，置于低于虹吸排水孔底面海拔高程的坡面上，通過灌水管連接所述的集水箱與儲水箱；
(4)將所述的高揚程虹吸排水管放入虹吸排水孔內(nèi)，所述的高揚程虹吸排水管進水端位于虹吸儲水管中，所述的高揚程虹吸排水管出水端位于儲水箱密封段，密封段匯集所有所述的高揚程虹吸排水管后進行密封，可以采用止水材料進行密封，優(yōu)選止水材料為玻璃膠；
(5)逆向灌水實現(xiàn)初始虹吸:向集水箱內(nèi)加一定量的水，水通過灌水管進入雙向進出水閥，出水口關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管并逆向灌入虹吸儲水管，實現(xiàn)初始虹吸，正向虹吸過程啟動；
向集水箱中加一定量的水，直到浮標上浮，排水口開啟，該水量即可讓所述的高揚程虹吸系統(tǒng)開始逆向灌水，該水量在集水箱中對應(yīng)的水位即為本發(fā)明所述的設(shè)定水位；所述的水量與每個集水箱連接的虹吸排水孔的數(shù)量或高揚程虹吸排水管的數(shù)量及長度相關(guān)，每個集水箱連接的虹吸排水孔的數(shù)量越多，或者高揚程虹吸排水管的總數(shù)量越多、長度越長，所述的水量就越大，可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，集水箱的體積為I立方米，每個集水箱連接10?30個虹吸排水孔，通過公式(4)計算，需要向所述集水箱加入約0.6?0.7立方米的水。向集水箱中加一定量的水以后，浮標上浮開啟排水口，集水箱中的水通過灌水管流入儲水箱內(nèi)，浮箱浮起，出水口被堵住，迫使水從高揚程虹吸排水管向虹吸儲水管中流動，見圖4 (b)中的b方向，使高揚程虹吸排水管中充滿水。
[0039]待集水箱中水位下降，浮標落下關(guān)閉排水口，逆向灌水系統(tǒng)停止作用。浮箱下落，坡內(nèi)較高的地下水位使水通過虹吸作用通過高揚程虹吸排水管排入儲水箱中，并從出水口排出，見圖4(a)中的a方向。不斷降水直至地下水位降至安全水位以下，虹吸自然停止。
[0040](6)集水箱收集外部水源來水，水量累積到設(shè)定水位時，水自動通過灌水管進入雙向進出水閥，出水口關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管并逆向灌入虹吸儲水管，排出所述高揚程虹吸排水管內(nèi)的空氣；逆向灌水過程完成后，出水口開啟，所述的高揚程虹吸排水管在邊坡地下水位抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0041]所述步驟(I)的虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差與孔地儲水管的長度相對應(yīng)，以保證自然虹吸的極限揚程在虹吸儲水管的有效范圍內(nèi)。為達到該目的，可以在打設(shè)虹吸排水孔時，采用傾斜式鉆孔的做法，通過調(diào)整鉆孔深度與角度來實現(xiàn)，如圖3所示。傾斜式鉆孔可以實現(xiàn)垂直鉆孔無法達到的深層地下水排水。通過調(diào)整所述的虹吸排水孔深度與角度，控制所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差；例如，虹吸儲水管的長度為lm，則對應(yīng)的虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差宜選11m。作為優(yōu)選，所述虹吸儲水管的長度不低于I?2m，則所述虹吸排水孔孔口與孔底的垂直高差不低于11?12m，更優(yōu)選的，在工程實際中，取所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差為11?12m，即可保證所述虹吸儲水管內(nèi)儲有I?2m的水，使得高揚程虹吸排水管進水端一直在虹吸儲水管的水面以下，形成水密封。
[0042]作為優(yōu)選，所述雙向進出水閥的位置應(yīng)設(shè)置于低于虹吸排水孔底面3m以上的位置，可以保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)較好的排水效果。
[0043]進一步地，所述的虹吸儲水管長度> Im,優(yōu)選的虹吸儲水管長度取I?2m，優(yōu)選所述的虹吸儲水管材料為不透水耐腐蝕的硬塑料。所述虹吸儲水管的管徑小于所述的虹吸排水孔的孔徑，用以存儲一定的坡體內(nèi)滲入的地下水及逆向壓水系統(tǒng)灌入的水。所述虹吸儲水管底端密閉，頂端開口，頂端的海拔高程高于虹吸極限揚程對應(yīng)的水位，所述的高揚程虹吸排水管進水端位于所述虹吸儲水管底端。
[0044]進一步地，所述的高揚程虹吸排水管內(nèi)徑< 5_。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)徑< 5_的虹吸管，在虹吸流動過程中，可以形成彈狀流型，保證即使在緩慢的虹吸流動過程中也不會發(fā)生管頂空氣的積累。作為優(yōu)選，所述高揚程虹吸排水管可以采用內(nèi)徑< 5mm的尼龍(PA)虹吸管。
[0045]本發(fā)明的有益效果是主要表現(xiàn)在:
1、本發(fā)明的邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)利用高揚程虹吸原理，采用揚程高于5m的高揚程虹吸，排出埋深較大的邊坡體內(nèi)地下水，自動高效及時，能控制邊坡地下水位在安全水位面以下，同時保持了虹吸排水的優(yōu)點，無需任何外部動力。而排出埋深較大的邊坡體內(nèi)地下水是低揚程虹吸難以做到的。
[0046]2、本發(fā)明的邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)通過集水系統(tǒng)收集如雨水等外部水源來水進入集水箱，由設(shè)定水位控制不定期地通過逆向壓水系統(tǒng)將水通過雙向進出水閥逆向灌入虹吸排水管，對高揚程虹吸排水系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)啟動，避免因長時間停止虹吸而產(chǎn)生過多的空氣積累，實現(xiàn)長期穩(wěn)定的邊坡排水，保證排水的長期有效性，無需經(jīng)常性維護；能實現(xiàn)虹吸揚程在5m以上，克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，可以無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效。
[0047]3、本發(fā)明的邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)中的集水系統(tǒng)的水量和邊坡地下水位共同受降雨影響，而地下水位的抬升滯后于降雨，集水系統(tǒng)集水要先于坡體地下水的抬升，且集水系統(tǒng)中匯集的水量遠小于邊坡的地下水量,相對于整體的邊坡地下水位,集水系統(tǒng)中的設(shè)定水位對降雨更為敏感。由此可以在進入強降雨過程的初期通過集水系統(tǒng)和逆向壓水系統(tǒng)自動啟動排水系統(tǒng)，使得正向的虹吸排水系統(tǒng)處于一個隨時可排水的警戒狀態(tài)，可保障雨季虹吸的有效性。
[0048]4、本發(fā)明的邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)中的集水系統(tǒng)的設(shè)定水位是作為逆向灌水的啟動判據(jù)，無需根據(jù)地下水位高低來判定啟動虹吸，啟動判據(jù)要求低，少量水即可激活系統(tǒng)，在必要的時候也可進行人工干預(yù)，操作方便；自然虹吸所能達到的極限揚程為10.24m,由于虹吸自然極限揚程的限制，當(dāng)虹吸排水管進水端水位下降至極限水位以下時，虹吸自動停止，虹吸儲水管可使虹吸進水端口的水不被抽干。由此可以自由設(shè)置虹吸排水管進出水端口高差來保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)高效及時排水。特別適用于降雨豐富地區(qū)的堆積土邊坡排水。
[0049]5、本發(fā)明的邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)適用性強，可以無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效，工程的維護費用低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1為高揚程虹吸系統(tǒng)示意圖；
圖2為虹吸頂部空氣段長度h隨時間變化曲線圖；
圖3是本發(fā)明的免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸系統(tǒng)示意圖；
圖4是圖3中雙向進出水閥(5)節(jié)點詳圖；
圖5是圖3中集水箱(2)節(jié)點詳圖；
圖中:集水盲溝1、集水箱2、灌水管3、高揚程虹吸排水管4、雙向進出水閥5、虹吸排水孔6、虹吸儲水管7、安全水位8、出水口 9、浮箱10、儲水箱11、浮標12、排水口 13、潛在滑動面14。

【具體實施方式】
[0051]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0052]虹吸的揚程是指虹吸上水管中液體從最低處抬升至最高處的垂直高度，在一個大氣壓的條件下，自然虹吸所能帶動的最大水柱高度約為10.24m,即自然虹吸所能達到的極限揚程為10.24m。
[0053]揚程在5m以上時稱為高揚程虹吸。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗證實，揚程在5m以上時，因虹吸管內(nèi)低壓環(huán)境會使溶于水的空氣大量釋放形成氣泡，如果不能在虹吸排水過程中使析出的氣泡隨水流排出，勢必會造成虹吸管頂部空氣的不斷積聚而造成虹吸過程中斷。
[0054]具體實施例一
本發(fā)明提供一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，通過高揚程虹吸排水無動力實時快速排出坡內(nèi)地下水，控制其在安全水位以下；通過逆向灌水啟動正向虹吸，排出虹吸管內(nèi)的空氣，使鉆孔內(nèi)地下水位一抬升時立即啟動正向虹吸，保障地下水位處于較低的水平。圖3至圖5為所述免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸系統(tǒng)的示意圖。
[0055]一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，所述的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)包括自動排水系統(tǒng)與自動恢復(fù)系統(tǒng)，其中:所述的自動排水系統(tǒng)為揚程高于5m的高揚程虹吸排水系統(tǒng)，包括高揚程虹吸排水管；虹吸啟動時由高揚程虹吸排水管位于坡體內(nèi)一側(cè)的進水端吸水，經(jīng)高揚程虹吸排水管向位于坡體外一側(cè)的出水端流出，實現(xiàn)向坡體外排水，用于在邊坡地下水位一抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡體內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下；所述的自動排水系統(tǒng)包括多根高揚程虹吸排水管；
所述的自動恢復(fù)系統(tǒng)包括集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)，所述的集水系統(tǒng)用于匯集外部水源來水，所述集水系統(tǒng)中設(shè)置設(shè)定水位；所述的集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)相連，待所述集水系統(tǒng)集水至設(shè)定水位時，外部水源來水進入所述逆向壓水系統(tǒng)；所述的逆向壓水系統(tǒng)與所述的自動排水系統(tǒng)相連，并通過所述的逆向壓水系統(tǒng)對所述的自動排水系統(tǒng)的所述的高揚程虹吸排水管實現(xiàn)由坡體外的出水端向坡體內(nèi)的進水端進行逆向灌水，啟動正向虹吸，排出積累于高揚程虹吸排水管內(nèi)的空氣，保證虹吸長期有效；所述高揚程虹吸排水管進水端的海拔高程高于所述高揚程虹吸排水管出水端的海拔高程；集水系統(tǒng)集水至設(shè)定水位即啟動逆向灌水，從而實現(xiàn)對高揚程虹吸排水管逆向灌水排出累積空氣，集水系統(tǒng)的集水速率越快，逆向灌水的頻率也就越高。
[0056]本發(fā)明所述的高揚程虹吸排水管的數(shù)量與邊坡規(guī)模及當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境相關(guān)，所述的邊坡規(guī)模是指邊坡的總方量及其后緣的匯水面積大小，所述的當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境是指當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r及邊坡土質(zhì)因素等引起的降雨入滲等的差別。假定邊坡后緣匯水面積為A例:s = 7000濃2 ;年平均降雨量為i，例:去取江浙地區(qū)的年平均降雨量i = 1200-- ;降雨入滲率為/；，例:力=0.25 ;強降雨時期需要考慮的安全系數(shù)為a，例:α = 2 ;其余途徑的地下水補給量&例:相對降雨可以忽略，= 0 ;水通過鉆孔的孔壁進入虹吸儲水管的匯水分流系數(shù)為7，例:-- = 0-5 ;則可估算得到年平均所需排水量P為:
Q =+h) = 2100m3
發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，在保證進、出水端垂直高差在5m左右時，一根高揚程虹吸排水管所能實現(xiàn)的排水量約在i = 艮天)，故計算所需高揚程虹吸排水管的數(shù)量的表達式為:


365g
根據(jù)所屬高揚程虹吸管的數(shù)量及邊坡規(guī)模布設(shè)虹吸排水孔的數(shù)量，出于經(jīng)濟因素考慮，一個虹吸排水孔內(nèi)放置大于等于2根，例3根高揚程虹吸排水管，局部地區(qū)視情況加密，例:虹吸排水孔的數(shù)量At= <3 = 32(個)。
[0057]所述高揚程虹吸排水管進水端比所述高揚程虹吸排水管出水端的海拔高程高3m以上?？梢员ＷC較高的虹吸流速，實現(xiàn)較好的排水效果。
[0058]所述的自動排水系統(tǒng)包括虹吸排水孔、高揚程虹吸排水管、虹吸儲水管、雙向進出水閥；所述虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差> 10.24m ;所述的虹吸儲水管置于所述的虹吸排水孔底部；所述的高揚程虹吸排水管通過所述的虹吸排水孔進入邊坡體內(nèi)深部，所述的高揚程虹吸排水管進水端置于所述的虹吸儲水管內(nèi)，所述的高揚程虹吸排水管出水端放入所述的雙向進出水閥中，所述的雙向進出水閥以海拔高程低于虹吸排水孔底面3m以上的方式，例如5m，放置于坡體外的平整坡面上；所述的雙向進出水閥包括出水口、儲水箱以及浮箱，所述儲水箱一側(cè)開所述出水口，另一側(cè)與所述高揚程虹吸排水管出水端相連，所述浮箱位于所述儲水箱內(nèi)，所述浮箱外寬與所述儲水箱內(nèi)寬一致；所述儲水箱內(nèi)壁光滑，便于所述浮箱上下滑動。
[0059]所述的虹吸儲水管長度彡lm，例如I?2m，材料為不透水耐腐蝕的硬塑料。所述虹吸儲水管的管徑小于所述的虹吸排水孔的孔徑，用以存儲一定的坡體內(nèi)滲入的地下水及逆向壓水系統(tǒng)灌入的水。所述虹吸儲水管底端密閉，頂端開口，頂端的海拔高程高于虹吸極限揚程對應(yīng)的水位，所述的高揚程虹吸排水管進水端位于所述虹吸儲水管底端。
[0060]在一個大氣壓的條件下，自然虹吸所能達到的極限揚程為10.24m,由于虹吸自然極限揚程的限制，當(dāng)高揚程虹吸排水管進水端水位下降至極限揚程對應(yīng)的水位以下時，虹吸自動停止。降雨時坡體內(nèi)地下水水位逐漸上升，地下水通過鉆孔的孔壁進入虹吸儲水管內(nèi)，當(dāng)儲水管內(nèi)水位提升后，正向虹吸啟動，地下水被排出坡體外，這時坡體地下水位不再快速升高，當(dāng)降雨停止后，坡體內(nèi)的地下水位就逐漸降低，當(dāng)其下降到極限揚程對應(yīng)的水位，即為所述的安全水位時，正向虹吸過程停止，虹吸儲水管的水位與地下水的水位保持一致，達到平衡。因此，必須保證所述的虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m，例:孔深24m，傾角30°，則所述的垂直高差12m，才能使得高揚程虹吸排水管進水端一直在虹吸儲水管的水面以下，形成水密封。
[0061]為達到該目的，可以在打設(shè)虹吸排水孔時，采用傾斜式鉆孔的做法，通過調(diào)整鉆孔深度與角度來實現(xiàn)虹吸排水孔的孔口與孔底的垂直高差，如圖3所示。傾斜式鉆孔可以實現(xiàn)垂直鉆孔無法達到的深層地下水排水。并且，還可以自由設(shè)置高揚程虹吸排水管進水端和出水端的高度差，可根據(jù)實際需要，通過調(diào)整所述的高度差來調(diào)整虹吸流速，以保證較高的虹吸流速，實現(xiàn)高效及時排水。
[0062]所述的高揚程虹吸排水管內(nèi)徑彡5mm例如4mm的尼龍(PA)虹吸管。發(fā)明人通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)徑彡5mm的尼龍(PA)虹吸管，在虹吸流動過程中，可以形成彈狀流型，保證即使在緩慢的虹吸流動過程中也不會發(fā)生管頂空氣的積累。
[0063]所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管、出水口、儲水箱、浮箱；所述的儲水箱一端開出水口，儲水箱另一端匯集全部高揚程虹吸排水管，可以使用止水材料，例如玻璃膠密封和固定所述的儲水箱與所述的高揚程虹吸排水管結(jié)合部，所述高揚程虹吸排水管出水端進入所述儲水箱內(nèi)；所述的浮箱僅在面向高揚程虹吸排水管進入一端一側(cè)開口，如圖4(a)所示。
[0064]當(dāng)所述的自動排水系統(tǒng)處于正向虹吸階段時，所述的儲水箱的浮箱由于重力及水壓的作用被壓于儲水箱底部，虹吸排水可以正常從高揚程虹吸排水管位于坡體內(nèi)一側(cè)的進水端吸水，經(jīng)高揚程虹吸排水管從位于坡體外一側(cè)的出水端排出，見圖4 (a)中的a方向。
[0065]所述的集水系統(tǒng)包括集水盲溝和集水箱；所述的集水箱內(nèi)部設(shè)置有排水口與浮標，根據(jù)布設(shè)的所述高揚程虹吸排水管的數(shù)量與長度在所述集水箱內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)定水位，所述的集水箱由所述的集水盲溝供水。
[0066]所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管、出水口、儲水箱、浮箱；集水系統(tǒng)包括集水盲溝和集水箱；所述的集水箱內(nèi)部設(shè)置有排水口與浮標；根據(jù)布設(shè)的所述高揚程虹吸排水管的數(shù)量與長度在所述集水箱內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)定水位，所述的集水箱由所述的集水盲溝供水，通過所述的灌水管與所述的儲水箱相連。
[0067]假定一個虹吸排水孔內(nèi)放置3根高揚程虹吸排水管，高揚程虹吸排水管數(shù)量為η = %根；高揚程虹吸排水管管徑為,平均長度為77,例:?! = I爾n , I1 =10w ;虹吸儲水管的管徑為r2,長度為12，例:= 30.J2 = Im ;集水箱的底面積為尤例:J = Im2 ;灌水過程中往往存在水的溢漏等，故所需的供水量乘以一個擴大系數(shù)盧，例:於=2 ;則設(shè)定水位的高度A可以用下式計算得到:

0nfi,-t
h = — (ηπκ2?, + —nr^L) ^ 0.6m
d3
所述的浮標感應(yīng)所述的集水箱中的水量，當(dāng)水量未達到設(shè)定水位時，令所述的排水口處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)水量累積達到設(shè)定水位時，浮標浮起，排水口開啟，利用重力將水灌入所述的儲水箱內(nèi)，從而實現(xiàn)不定期的逆向灌水，集水箱中水量累積的速率決定了逆向灌水的頻率，集水系統(tǒng)的集水速率越快，逆向灌水的頻率也就越高。
[0068]所述的浮標感應(yīng)所述的集水箱中的水量，當(dāng)水量未達到設(shè)定水位時，令所述的排水口處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)水量累積達到設(shè)定水位時，浮標浮起，排水口開啟，利用重力將水通過灌水管灌入所述的儲水箱內(nèi)。
[0069]所述集水箱布設(shè)在高于虹吸排水孔孔口 3m以上的位置，例如5m，以保證逆向灌水有較高的流速。集水箱中的水量和邊坡地下水位共同受降雨影響，而地下水的抬升往往滯后于降雨，故集水箱集水要先于坡體地下水的抬升。邊坡的地下水范圍較大，由整體的地下水位的大幅度變化來決定虹吸啟動存在一定的安全隱患。本發(fā)明可根據(jù)實際需要，對所述的集水系統(tǒng)中的浮標設(shè)置設(shè)定水位，作為逆向灌水的啟動判據(jù)，從而實現(xiàn)所述自動排水系統(tǒng)的預(yù)啟動。由于集水系統(tǒng)中匯集的水量遠小于邊坡的地下水量，相對于整體的邊坡地下水位，集水系統(tǒng)中的設(shè)定水位對降雨更為敏感，僅需少量水即可激活本發(fā)明所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)的預(yù)啟動，無需根據(jù)地下水位的高低來判定是否啟動正向虹吸，啟動判據(jù)要求低，少量水即可激活系統(tǒng)，在必要的時候也可進行人工干預(yù)。由此可以在雨季時期的降雨初期，實現(xiàn)高揚程虹吸排水管內(nèi)空氣的自動排出，使所述的自動排水系統(tǒng)處于自動的警戒虹吸啟動狀態(tài)，即為所述的預(yù)啟動；這之后，只要邊坡的地下水位發(fā)生抬升就立即自動啟動正向虹吸，利用高揚程虹吸排水管實時排出坡內(nèi)的地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0070]當(dāng)所述的自動排水系統(tǒng)處于長期間歇階段時，所述的集水箱中收集外部水源來水，通過所述的灌水管進行不定期灌水進入所述的儲水箱，由下而上的水壓令所述的浮箱浮起，出水口被堵住，水不能由儲水箱向外流動，從而在出水端產(chǎn)生較高的水壓，迫使灌入的水從高揚程虹吸排水管位于坡體外一側(cè)的出水端被壓入，經(jīng)所述的高揚程虹吸排水管向坡內(nèi)所述的虹吸儲水管逆向流動，從而排出高揚程虹吸排水管內(nèi)積累的空氣，見圖4(b)中的b方向，從而使所述的自動排水系統(tǒng)自動處于隨時可以排水的警戒虹吸啟動狀態(tài)。因此所述的自動排水系統(tǒng)能實現(xiàn)虹吸揚程在5m以上，克服了高揚程虹吸帶來的氣體積累問題，可以無需人力物力自動排水，自動恢復(fù)，保持長期穩(wěn)定有效。
[0071]具體實施包括以下步驟:
(I)通過邊坡工程地質(zhì)條件分析邊坡地下水深度及需要控制的地下水位，打設(shè)虹吸排水孔進入邊坡控制地下水位以下，通過調(diào)整鉆孔深度與角度，如地下水位較淺，則可適當(dāng)加大水平傾角，減小孔深；反之，則降低傾角，增大孔深，最終控制鉆孔口與孔底的垂直高差為11?12m，例:孔深24m，傾角30°，則所述的垂直高差12m ;孔底放置儲水管，排水孔的數(shù)量與間距視實際邊坡規(guī)模及所需排水量的大小而定，排水孔間距不宜超過5m ；
(2)在虹吸排水孔的后緣修建容積約I立方米(1X1X1米)的集水箱，每個集水箱供給10?30個虹吸排水孔內(nèi)逆向灌水所需要的水量，約為0.6?0.7立方米，集水箱內(nèi)中的設(shè)定水位設(shè)置在0.6?0.7米的位置，集水箱上游修建集水盲溝，收集30?50平方米區(qū)域的雨水導(dǎo)流到集水箱，將所述的浮標置于集水箱排水口處；
(3)將所述的浮箱安裝于儲水箱內(nèi)，與所述儲水箱一側(cè)開的出水口共同組成雙向進出水閥，置于低于虹吸排水孔底面海拔高程的坡面上，通過灌水管連接所述的集水箱與儲水箱；
(4)將高揚程虹吸排水管放入虹吸排水孔內(nèi)，所述的進水端位于虹吸儲水管中，所述的出水端位于所述的儲水箱密封段，密封段匯集所有所述的高揚程虹吸排水管后用止水材料，例如玻璃膠進行密封；
(5)逆向灌水實現(xiàn)初始虹吸:向集水箱內(nèi)加一定量的水，水通過灌水管進入雙向進出水閥，出水口關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管并逆向灌入虹吸儲水管，實現(xiàn)初始虹吸，正向虹吸過程啟動；
向集水箱中加一定量的水以后，浮標上浮開啟排水口，集水箱中的水通過灌水管流入儲水箱內(nèi)，浮箱浮起，出水口被堵住，迫使水從高揚程虹吸排水管向虹吸儲水管中流動，見圖4 (b)中的b方向，使高揚程虹吸排水管中充滿水。
[0072]待集水箱中水位下降，浮標落下關(guān)閉排水口，逆向灌水系統(tǒng)停止作用。浮箱下落，坡內(nèi)較高的地下水位使水通過虹吸作用通過高揚程虹吸排水管排入儲水箱中，并從出水口排出，見圖4(a)中的a方向。不斷降水直至地下水位降至安全水位以下，虹吸自然停止。
[0073](6)集水箱收集外部水源來水，水量累積到設(shè)定水位時，水自動通過灌水管進入雙向進出水閥，出水口關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管并逆向灌入虹吸儲水管，排出所述高揚程虹吸排水管內(nèi)的空氣；逆向灌水過程完成后，出水口開啟，所述的高揚程虹吸排水管在邊坡地下水位抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位以下。
[0074]以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等效替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)包括自動排水系統(tǒng)與自動恢復(fù)系統(tǒng)，其中: 所述的自動排水系統(tǒng)包括高揚程虹吸排水管(4)，所述的高揚程虹吸排水管(4)用于在邊坡地下水位抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡體內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位(8)以下；所述的自動排水系統(tǒng)包括多根高揚程虹吸排水管(4)； 所述的自動恢復(fù)系統(tǒng)包括集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)，所述的集水系統(tǒng)用于匯集外部水源來水，所述集水系統(tǒng)中設(shè)置設(shè)定水位；所述的集水系統(tǒng)與逆向壓水系統(tǒng)相連，待所述集水系統(tǒng)集水至設(shè)定水位時，外部水源來水進入所述逆向壓水系統(tǒng)；所述的逆向壓水系統(tǒng)與所述的自動排水系統(tǒng)相連，并通過所述的逆向壓水系統(tǒng)對所述的自動排水系統(tǒng)的高揚程虹吸排水管(4)實現(xiàn)由坡體外高揚程虹吸排水管(4)出水端向坡體內(nèi)高揚程虹吸排水管(4)進水端進行逆向灌水，啟動正向虹吸，排出積累于高揚程虹吸排水管(4)內(nèi)的空氣，保證所述自動排水系統(tǒng)虹吸長期有效；所述高揚程虹吸排水管(4)進水端的海拔高程高于所述高揚程虹吸排水管(4)出水端的海拔高程。
2.如權(quán)利要求1中所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的自動排水系統(tǒng)包括虹吸排水孔(6)、高揚程虹吸排水管(4)、虹吸儲水管(7)、雙向進出水閥(5);所述虹吸排水孔(6)的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m;所述的虹吸儲水管(7)置于所述的虹吸排水孔(6)底部；所述的高揚程虹吸排水管(4)通過所述的虹吸排水孔(6)進入邊坡體內(nèi)深部，所述的高揚程虹吸排水管(4)進水端置于所述的虹吸排水孔(6)底部的虹吸儲水管(7)內(nèi)，所述的高揚程虹吸排水管(4)出水端放入所述的雙向進出水閥(5)中；所述的雙向進出水閥(5)以海拔高程低于虹吸排水孔(6)底面海拔高程的方式放置于坡體外的坡面上；所述的雙向進出水閥(5)包括出水口(9)、儲水箱(11)以及浮箱(10)，所述儲水箱(11) 一側(cè)開所述出水口(9)，另一側(cè)與所述高揚程虹吸排水管(4)出水端相連，所述浮箱(10)位于所述儲水箱(11)內(nèi)，所述浮箱(10)外寬與所述儲水箱(11)內(nèi)寬一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的虹吸排水孔(6)的孔口與孔底的垂直高差不低于11?12m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的高揚程虹吸排水管(4)內(nèi)徑(5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的虹吸儲水管(7)長度> lm，所述虹吸儲水管的管徑小于所述的虹吸排水孔(6)的孔徑。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管(3)、出水口(9)、儲水箱(11)、浮箱(10);所述的儲水箱(11) 一端開出水口(9)，儲水箱(11)另一端匯集全部高揚程虹吸排水管(4)，密封和固定所述的儲水箱(11)與所述的高揚程虹吸排水管(4)結(jié)合部，所述高揚程虹吸排水管(4)出水端進入所述儲水箱(11)內(nèi)；所述的浮箱(10)僅在面向高揚程虹吸排水管(4)進入一端一側(cè)開口。
7.如權(quán)利要求1-5任一項所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的集水系統(tǒng)包括集水盲溝(I)和集水箱(2);所述的集水箱(2)內(nèi)部設(shè)置有排水口(13)與浮標(12);所述的集水箱(2)由所述的集水盲溝⑴供水。
8.如權(quán)利要求1-5任一項所述的免動力逆向壓水的自恢復(fù)邊坡高揚程虹吸排水系統(tǒng)，其特征在于:所述的逆向壓水系統(tǒng)包括灌水管(3)、出水口(9)、儲水箱(11)、浮箱(10);所述的儲水箱(11) 一端開出水口(9)，儲水箱(11)另一端匯集全部高揚程虹吸排水管(4)，密封和固定所述的儲水箱(11)與所述的高揚程虹吸排水管(4)結(jié)合部，所述高揚程虹吸排水管(4)出水端進入所述儲水箱(11)內(nèi)；所述的浮箱(10)僅在面向高揚程虹吸排水管(4)進入一端一側(cè)開口 ；所述的集水系統(tǒng)包括集水盲溝(I)和集水箱(2);所述的集水箱(2)內(nèi)部設(shè)置有排水口(13)與浮標(12);所述的集水箱(2)由所述的集水盲溝(I)供水，通過所述的灌水管(3)與所述的儲水箱(11)相連。
9.一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸排水方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟: (1)集水系統(tǒng)匯集外部水源來水，當(dāng)水量累積到設(shè)定水位時，水自動由所述集水系統(tǒng)灌入逆向壓水系統(tǒng)； (2)水在由所述集水系統(tǒng)灌入所述逆向壓水系統(tǒng)時，逆向壓水系統(tǒng)開始工作，將水逆向壓入自動排水系統(tǒng)的高揚程虹吸排水管(4)中，排出高揚程虹吸排水管(4)中積累的空氣; (3)所述自動排水系統(tǒng)在清除高揚程虹吸排水管(4)中積累的空氣后，正向虹吸過程啟動，由高揚程虹吸排水管(4)位于坡體內(nèi)一側(cè)的高揚程虹吸排水管(4)進水端吸水，經(jīng)高揚程虹吸排水管(4)由位于坡體外一側(cè)的高揚程虹吸排水管(4)出水端流出，實現(xiàn)向坡體夕卜排水；當(dāng)邊坡地下水位一抬升時，所述自動排水系統(tǒng)就立即自動啟動虹吸，實時排出坡體內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位(8)以下。
10.一種免動力逆向壓水的自恢復(fù)的邊坡高揚程虹吸排水方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)通過邊坡工程地質(zhì)條件分析邊坡地下水深度及需要控制的地下水位，打設(shè)所述的虹吸排水孔(6)進入邊坡潛在滑動面下的安全水位⑶以下，控制所述的虹吸排水孔(6)的孔口與孔底的垂直高差大于10.24m ； (2)連接所述的集水箱(2)與集水盲溝(I)，并將所述的浮標(12)置于集水箱(2)排水口 (13)處； (3)將所述的浮箱(10)安裝于儲水箱(11)內(nèi)，與所述儲水箱(11)一側(cè)開的出水口(9)共同組成雙向進出水閥(5)，通過灌水管(3)連接所述的集水箱(2)與儲水箱(11)；(4)將所述的高揚程虹吸排水管(4)放入虹吸排水孔(6)內(nèi)，所述的高揚程虹吸排水管(4)進水端位于虹吸儲水管(7)中，所述的高揚程虹吸排水管(4)出水端位于儲水箱(11)密封段，密封段匯集所有所述的高揚程虹吸排水管(4)后進行密封； (5)逆向灌水實現(xiàn)初始虹吸:向集水箱(2)內(nèi)加一定量的水，水通過灌水管(3)進入雙向進出水閥(5)，出水口(9)關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管(4)并逆向灌入虹吸儲水管(7)，實現(xiàn)初始虹吸，正向虹吸過程啟動； (6)集水箱(2)收集外部水源來水，水量累積到設(shè)定水位時，水自動通過灌水管(3)進入雙向進出水閥(5)，出水口(9)關(guān)閉，水進入所述的高揚程虹吸排水管(4)并逆向灌入虹吸儲水管(7)，排出所述高揚程虹吸排水管(4)內(nèi)的空氣；逆向灌水過程完成后，出水口(9)開啟，所述的高揚程虹吸排水管(4)在邊坡地下水位抬升時就立即自動啟動正向虹吸，實時排出坡內(nèi)地下水，控制邊坡地下水位在安全水位(8)以下。
【文檔編號】E02D19/20GK104196047SQ201410470099
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】尚岳全, 蔡岳良, 孫紅月 申請人:浙江大學(xué)