一种边坡内部组合式排水结构

技术领域

本发明涉及边坡排水技术领域，特别是涉及一种边坡内部组合式排水结构。

背景技术

降雨是产生边坡失稳的主要因素，及时排出地下水可有效降低地下水位，减少滑坡灾害的发生。工程中常在边坡内部布设排水管来降低土体含水率、孔隙水压力，仰斜式排水孔依靠水自身重力与倾角将水排出，虹吸式排水通过虹吸效应利用液面高度差的作用力推动液体流动，降低地下水位，两种结构的物理特性符合排水要求，适合推广应用。

仰斜式排水孔仅能排出孔位上部水分，孔位以下部分水通过虹吸排出，虹吸管初始状态充满空气，启动时需要借助外力使管内达到相对低压状态，液体在重力作用下向下流出，虹吸管的顶部形成负压状态，上水管中的水受压力差作用上升，形成虹吸效应。管中原有空气是造成虹吸中断的重要原因，常用启动方法是在出水口抽水、出水口逆向灌水，费时费力、养护困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种边坡内部组合式排水结构，用以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种边坡内部组合式排水结构，包括：路基边坡、仰斜式排水管、俯斜式排水管和三通组件；所述仰斜式排水管布设在所述路基边坡的内部，所述仰斜式排水管的内部沿轴向设置有第一虹吸管；所述俯斜式排水管布设在所述路基边坡的内部，所述俯斜式排水管的内部沿轴向设置有第二虹吸管；

所述三通组件包括浮球结构、三通管以及单向阀；所述三通管包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一接口处设置有所述浮球结构，所述第二接口处设置有所述单向阀；

所述第一虹吸管通过所述浮球结构的作用可与所述第一接口连通；所述第二虹吸管通过所述单向阀的作用可与所述第二接口单向连通；

所述俯斜式排水管位于所述仰斜式排水管的下方，所述仰斜式排水管远离所述第一接口的一端设置有第一进水口，所述俯斜式排水管远离所述第二接口的一端设置有第二进水口。

进一步地，所述浮球结构包括阻隔板和浮球，所述阻隔板与所述第一接口的内径相适配，所述阻隔板上开设有与所述浮球外形相适配的通孔，所述浮球设置在所述通孔内。

进一步地，所述路基边坡的底部设置有排水沟；所述第三接口连接有第三虹吸管，所述第三虹吸管远离所述第三接口的一端设置出水口，所述出水口位于所述排水沟的内部。

进一步地，所述仰斜式排水管沿水平面向上倾斜5-10°布设在所述路基边坡的内部，所述第一虹吸管固定设置在所述仰斜式排水管的内部。

进一步地，所述俯斜式排水管沿水平面向下倾斜30°布设在所述路基边坡的内部，所述第二虹吸管固定设置在所述俯斜式排水管的内部。

进一步地，所述第一进水口布设有第一渗水膜；所述第二进水口布设有第二渗水膜。

进一步地，所述第一虹吸管与所述第一接口通过法兰可拆卸连接，所述第二虹吸管与所述第二接口通过法兰可拆卸连接。

进一步地，所述第三接口与所述第三虹吸管通过螺纹可拆卸连接。

进一步地，所述第一虹吸管与所述第二虹吸管的表面上分别布设有疏水沟槽。

进一步地，所述第一进水口、第二进水口以及出水口的竖向高程满足以下条件：

H

其中，H

本发明公开了以下技术效果：

本发明充分结合仰斜式排水管、虹吸管两种排水结构的优势，将路基边坡内部的积水通过虹吸效应排出，有效降低地下水位，防止地下水位过高引发边坡滑塌，排水效率高，无需外力驱动，节能环保，减少养护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的边坡内部组合式排水结构的结构示意图；

图2为本发明实施例中三通组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中具有多根虹吸管时的边坡内部组合式排水结构的结构示意图；

图4a为本发明实施例中多根虹吸管的排列方式示意图(一)；

图4b为本发明实施例中多根虹吸管的排列方式示意图(二)；

附图标记说明：1、路基边坡；2、仰斜式排水管；201、第一进水口；3、俯斜式排水管；301、第二进水口；4、三通组件；401、第一接口；402、第二接口；403、第三接口；5、第一虹吸管；6、第二虹吸管；701、浮球；702、阻隔板；8、单向阀；9、排水沟；10、第三虹吸管；11、第一渗水膜；12、第二渗水膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

参阅图1-3所示，描述本申请实施例的边坡内部组合式排水结构，包括：路基边坡1、仰斜式排水管2、俯斜式排水管3和三通组件4；仰斜式排水管2向上倾斜布设在路基边坡1的内部，仰斜式排水管2的内部沿轴向设置有第一虹吸管5；俯斜式排水管3向下倾斜布设在路基边坡1的内部，俯斜式排水管3的内部沿轴向设置有第二虹吸管6；

三通组件4包括浮球结构、三通管以及单向阀8；三通管包括第一接口401、第二接口402和第三接口403；第一接口401处设置浮球结构，第二接口402处设置单向阀8；

第一虹吸管5通过浮球结构的作用可与第一接口401连通；第二虹吸管6通过单向阀8的作用可与第二接口402单向连通；

俯斜式排水管3位于仰斜式排水管2的下方，仰斜式排水管2远离第一接口401的一端设置有第一进水口201，俯斜式排水管3远离第二接口402的一端设置有第二进水口301。

需要说明的是，当第一虹吸管5内未积满水时，浮球结构处于闭合状态，此时第一虹吸管5与第一接口401之间无法连通；当第一虹吸管5内积满水时，受浮力影响，浮球结构此时处于开启状态，此时第一虹吸管5与第一接口401之间互相连通。

需要说明的是，单向阀8为单向透气排水阀，从第二进水口301向第二接口402的方向单向导通。

需要说明的是，还可在仰斜式排水管2的内部设置多根第一虹吸管5，在俯斜式排水管3的内部设置相同数量的第二虹吸管6，多根第一虹吸管5和多根第二虹吸管6的排列方式一致，并与相同数量的三通组件4配合，如图4a所示，为2根虹吸管的排列方式；如图4b所示，为多根虹吸管的排列方式。

需要说明的是，当仰斜式排水管2的内部设置了多根第一虹吸管5时，边坡内部组合式排水结构的具体结构如图3所示。

具体而言，浮球结构包括阻隔板702和浮球701，阻隔板702与第一接口401的内径相适配，阻隔板702上开设有与浮球701外形相适配的通孔，浮球701设置在通孔内。

需要说明的是，浮球701在第一虹吸管5内积满水时才会达到漂浮的状态。

具体而言，路基边坡1的底部设置有排水沟9；第三接口403连接有第三虹吸管10，第三虹吸管10远离第三接口403的一端设置出水口，出水口位于排水沟9的内部，方便容纳、处理路基边坡1内部排出的积水。

具体而言，仰斜式排水管2沿水平面向上倾斜5-10°布设在路基边坡1的内部，第一虹吸管5固定设置在仰斜式排水管2的内部，便于第一虹吸管5内部的水产生虹吸现象。

具体而言，俯斜式排水管3沿水平面向下倾斜30°布设在路基边坡1的内部，第二虹吸管6固定设置在俯斜式排水管3的内部，便于第二虹吸管6内部的水产生虹吸现象。

具体而言，第一进水口201布设有第一渗水膜11，避免泥土资源流失的同时防止第一虹吸管5被泥土堵塞；第二进水口301布设有第二渗水膜12，避免泥土资源流失的同时防止第二虹吸管6被泥土堵塞。

具体而言，第一虹吸管5与第一接口401通过法兰可拆卸连接，第二虹吸管6与第二接口402通过法兰可拆卸连接。

具体而言，第三接口403与第三虹吸管10通过螺纹可拆卸连接。

具体而言，第一虹吸管5与第二虹吸管6的表面上分别布设有疏水沟槽，加快排水速度。

具体而言，排水沟9的高度低于第二进水口301的高度，确保第二虹吸管6能够产生虹吸效应。

具体而言，降雨排水过程中仰斜式排水管的源汇流量按下式计算：

式中：l为沿孔轴线方向的局部坐标，K

具体而言，仰斜式排水管中一部分水受重力作用流入第一虹吸管，存储在第一虹吸管中，第一虹吸管流量按下式计算：

式中：q表示第一虹吸管储水流量，单位(L)，π为圆周率，数值取3.14，l表示第一虹吸管的长度，单位(m)，r

具体而言，可在仰斜式排水管内布设多根第一虹吸管来提高排水效率，排水流量推导结果如下：

具体而言，汇集在仰斜式排水管中的一部分水受重力作用直接排出坡体外部，根据水的渗流特性，建立了其排水流量Q与仰斜式排水管中源汇流量以及第一虹吸管流量计算公式，推导结果如下：

式中：l为沿孔轴线方向的局部坐标，K

具体而言，随着雨水持续渗入路基边坡中，仰斜式排水管内的第一虹吸管也会不断有水汇入，直到浮球结构开启。浮球结构开启所需力按下式计算：

式中：F

具体而言，浮球结构开启时，水流自上而下充满第三虹吸管，第三虹吸管内形成相对低压状态所需的流量推导结果如下：

式中：Q表示第一虹吸管内形成相对低压状态所需的流量，单位(L)，l表示连接单向阀门开关到边沟底部虹吸管长度，单位(m)，g表示重力加速度，数值取9.8，单位(m/s

具体而言，最小浮力达到F

路基边坡内部的水汇集在俯斜式排水管中，地下水位不断上升，第二进水口竖直高程大于出水口竖直高程，路基边坡内地下水位液面与排水沟底部液面存在势能差。

浮球结构底部与地面高程小于一个标准大气压下虹吸排水所能翻越的高度。

同时满足上述的产生虹吸现象所需要的三个条件，在压强作用下路基边坡内部水就会不断被吸入第二、第三虹吸管。

路基边坡内部水通过单向阀流过三通组件以及第三虹吸管排至排水沟，完成一次虹吸排水。

第二、第三虹吸管流量按下式计算：

式中：k

需要说明的是，当地下水位降低后，第二、第三虹吸管内空气积累，排水中断，降雨再次发生时，雨水渗入路基边坡，将会重复虹吸排水的步骤，达到高效排水效果，且后期养护成本低。

本发明的工作过程为：

降雨时，雨水不断渗入路基边坡中并汇入地下水，此时地下水位上升，雨水在汇入地下水的过程中，有一部分雨水会从第一进水口流入第一虹吸管中，另一部分雨水汇入地下水，并从第二进水口灌入第二虹吸管中，当第一虹吸管中充满雨水时，浮球漂浮上升，浮球无法再作为堵塞物堵住阻隔板上开设的通孔，第一虹吸管便与第一接口连通，雨水通过与第三接口连通的第三虹吸管排入排水沟中并带走了第一虹吸管以及第三虹吸管内的空气，而第二虹吸管中灌入的雨水也会使第二虹吸管中的水位上升的同时排出管内的空气，当水位上升到第二接口处并与第一虹吸管中的汇合时，满足虹吸启动条件，此时便产生了虹吸现象，不断的排出渗入路基边坡中的雨水，不断的排出地下水，直到地下水位低于第二进水口的高度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。