CN108570980B - 逆压恢复式边坡排水***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种逆压恢复式边坡排水***，该***包括钻孔、虹吸管、水箱、排气管、排水管、排水管阀门、气体发生装置，所述的气体发生装置包括左气瓶、右气瓶、导流管、压力表、导气管、岔管、导气管阀门、单向阀，左气瓶盛有碳酸钠溶液，右气瓶盛有醋酸溶液，左气瓶和右气瓶之间通过导流管连接，导流管中间设有压力表，导气管的入口端置于左气瓶之内，导气管阀门安装在导气管上，岔管的一端与导气管连接，单向阀安装在岔管上，虹吸管的进水口置于边坡内的钻孔中，虹吸管的出水口置于密封的水箱中，排气管安装在水箱的顶部，排水管的入口端连接在水箱的底部，排水管的出口置于边坡下部的排水沟中，排水管阀门安装在排水管的出口处。
Description
技术领域
本发明属于水利工程领域，具体涉及一种逆压恢复式边坡排水***及方法，特别适用于降雨丰富地区的堆积土边坡排水。
背景技术
虹吸技术在水利工程领域有着普遍的应用，如边坡排水、泥石流水石分离、软土地基排水等，其中虹吸技术在边坡排水领域的研究最为深入和广泛，其对滑坡灾害的治理具有重要意义。
由于坡体地下水往往较深，需要采用高扬程虹吸，在其实际应用中，虹吸管中往往会累积空气，主要因为液体中一般溶解空气，液体中的气体溶解度与该气体在液面上的平衡分压成正比，而虹吸管内液体的压力随距管口液面的高程增大而逐渐减小。虹吸管内低压环境会使溶于水的空气大量释放形成气泡，一般在虹吸管的顶部出现空气累积。如果不能在虹吸排水过程中使析出的气泡随水流排出，会造成虹吸管顶部空气的不断积聚，虹吸管内的真空度下降，从而造成虹吸过程中断。虹吸中断后的恢复相对困难。常用虹吸恢复方法有：出水口抽水、出水口逆向压水和逆向灌水。中国专利公开号CN106592525A，提出一种自启动式边坡虹吸排水***，由直立式堤坝、气室、虹吸管、排气管、补气管、单向阀组成，其利用波浪能来启动虹吸，只适用于库岸边坡或海岸边坡的虹吸排水，其具有一定局限性，内陆边坡的虹吸排水***恢复问题依然存在。
发明内容
本发明针对现有边坡虹吸启动效率低的技术缺陷，提供一种逆压恢复式边坡排水***及方法，可在虹吸排水***使用过程中反复进行虹吸启动，解决虹吸排水使用过程中因虹吸管内空气积累而需要定期重新启动并恢复虹吸的问题。
本发明的技术方案是：一种逆压恢复式边坡排水***，该***包括钻孔、虹吸管、水箱、排气管、排水管、排水管阀门、气体发生装置，所述的气体发生装置包括左气瓶、右气瓶、导流管、压力表、导气管、岔管、导气管阀门、单向阀，左气瓶盛有碳酸钠溶液，右气瓶盛有醋酸溶液，左气瓶和右气瓶之间通过导流管连接，导流管的两端都位于液面以下，导流管中间设有压力表，导气管的入口端置于左气瓶之内，导气管的入口端在液面以上，导气管阀门安装在导气管上，岔管的一端与导气管连接，岔管的另一端伸入到右气瓶液面以下，单向阀安装在岔管上，单向阀的流向为从上到下；所述的虹吸管的进水口置于边坡内的钻孔中，钻孔孔口到钻孔底部的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，虹吸管的出水口置于密封的水箱中；所述的水箱设置在坡面上，水箱由透明材料制成，水箱顶部的高程低于钻孔底部的高程，排气管安装在水箱的顶部，排水管的入口端连接在水箱的底部，排水管的出口置于边坡下部的排水沟中，排水管阀门安装在排水管的出口处。
进一步地，所述的虹吸管的直径为4mm。
进一步地，所述的水箱中置入虹吸管的数量为50-100根。
进一步地，所述的排气管的直径为10mm，所述的导气管的直径为10mm。
一种逆压恢复式边坡虹吸排水方法，该方法包括：
（1）逆压恢复式边坡排水***初次使用时，关闭导气管阀门，打开排水管阀门，将导气管与排气管连接，从排水管阀门处向排水管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，将导气管与排气管断开连接，虹吸作用启动，坡体内地下水依次流经虹吸管、水箱、排水管进入排水沟，记录排水管的初始排水流量；
（2）当排水管的排水流量下降到初始排水流量的30%-50%时，关闭排水管阀门，水箱水位上升，水箱中气体由排气管排出；
（3）当水箱集满水时，将导气管与排气管连接，挤压右气瓶，使醋酸溶液通过导流管流入左气瓶，当压力表显示为200kpa时，打开导气管阀门，气体进入水箱，使水逆向压入虹吸管；
（4）当水箱水位下降到虹吸管出水口的位置时，关闭导气管阀门，将导气管与排气管分离，打开排水管阀门，记录新的排水管的排水初始流量，向左气瓶中补充碳酸钠，向右气瓶中补充醋酸。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明手动控制阀门制造气压逆向将水压入虹吸管来启动虹吸，不借助其他电气设备，简单可靠。
2、本发明适用于内陆边坡、海岸边坡、库岸边坡等，不受其他外界条件干扰，适用范围广。
3、本发明利用化学反应产生气体，可以多次使用，操作方法简单，也可以同时启动多根虹吸管，快速高效启动虹吸。
4、本发明的气体发生装置的设计保证了气体源源不断地流入水箱，左气瓶和右气瓶内的气压始终保持动态平衡，使整个装置稳定可靠。
附图说明
图1为本发明的逆压恢复式边坡排水***的整体结构示意图；
图2为本发明的逆压恢复式边坡排水***的气体发生装置的结构示意图；
图中：钻孔1、虹吸管2、水箱3、排气管4、排水管5、排水管阀门6、排水沟7、气体发生装置8、左气瓶81、右气瓶82、导流管83、导气管84、岔管85、导气管阀门86、单向阀87、压力表88、边坡9、地下水位线10。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供一种逆压恢复式边坡排水***，该***包括钻孔1、虹吸管2、水箱3、排气管4、排水管5、排水管阀门6、气体发生装置8，所述的气体发生装置8包括左气瓶81、右气瓶82、导流管83、压力表88、导气管84、岔管85、导气管阀门86、单向阀87，左气瓶81盛有碳酸钠溶液，右气瓶82盛有醋酸溶液，左气瓶81和右气瓶82之间通过导流管83连接，导流管83的两端都位于液面以下，导流管83中间设有压力表88，导气管84的入口端置于左气瓶81之内，导气管84的入口端在液面以上，导气管阀门86安装在导气管84上，岔管85的一端与导气管84连接，岔管85的另一端伸入到右气瓶液面以下，单向阀87安装在岔管85上，单向阀87的流向为从上到下；所述的虹吸管2的进水口置于边坡9内的钻孔1中，钻孔1孔口到钻孔1底部的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，虹吸管2的出水口置于密封的水箱3中；所述的水箱3设置在坡面上，水箱3由透明材料制成，水箱3顶部的高程低于钻孔1底部的高程，排气管4安装在水箱3的顶部，排水管5的入口端连接在水箱3的底部，排水管5的出口置于边坡9下部的排水沟7中，排水管阀门6安装在排水管5的出口处。虹吸管2的直径为4mm。排气管直径为10mm，所述的导气管的直径为10mm。水箱3中置入虹吸管2的数量为50根。水箱3的体积设置为50升，每根虹吸管2长度为50m，所有虹吸管2充满水需要32升水，左气瓶81的碳酸钠溶液为1千克碳酸钠和2.5升水混合，右气瓶82的醋酸溶液为1千克醋酸和1千克水混合，根据化学反应方程；Na2CO3+2CH3COOH=2CH3COONa+CO2+H2O，碳酸钠和醋酸完全反应后，在常温、压强为200kpa下，可产生二氧化碳46.7升。
一种逆压恢复式边坡虹吸排水方法，该方法包括：
（1）逆压恢复式边坡排水***初次使用时，关闭导气管阀门86，打开排水管阀门6，将导气管84与排气管4连接，从排水管阀门6处向排水管5逆向灌水，排出虹吸管2中的气体后，停止逆向灌水，将导气管84与排气管4断开连接，虹吸作用启动，坡体内地下水依次流经虹吸管2、水箱3、排水管5进入排水沟7，记录排水管5的初始排水流量；
（2）当排水管5的排水流量下降到初始排水流量的30%-50%时，关闭排水管阀门6，水箱3水位上升，水箱3中气体由排气管4排出；
（3）当水箱3集满水时，将导气管84与排气管4连接，挤压右气瓶82，使醋酸溶液通过导流管83流入左气瓶81，醋酸与碳酸钠反应产生二氧化碳气体，气体通过岔管85进入右气瓶82，使左气瓶81和右气瓶82中的气压达到平衡，当压力表88显示为200kpa时，打开导气管阀门86，气体进入水箱3，使水逆向压入虹吸管2，虹吸中断的虹吸管2中的空气被排出，而气体流出左气瓶81后，左气瓶81压力减小，醋酸溶液通过导流管83被压入左气瓶81，继续发生反应产生气体；
（4）当水箱3水位下降到虹吸管2出水口的位置时，关闭导气管阀门86，将导气管84与排气管4分离，打开排水管阀门6，逆压恢复式边坡排水***继续工作，记录新的排水管5的排水初始流量，向左气瓶81中补充碳酸钠，向右气瓶82中补充醋酸。
Claims (2)
1.一种逆压恢复式边坡排水***，其特征在于，
该***包括钻孔(1)、虹吸管(2)、水箱(3)、排气管(4)、排水管(5)、排水管阀门(6)、气体发生装置(8)，所述的气体发生装置(8)包括左气瓶(81)、右气瓶(82)、导流管(83)、压力表(88)、导气管(84)、岔管(85)、导气管阀门(86)、单向阀(87)，左气瓶(81)盛有碳酸钠溶液，右气瓶(82)盛有醋酸溶液，左气瓶(81)和右气瓶(82)之间通过导流管(83)连接，导流管(83)的两端都位于液面以下，导流管(83)中间设有压力表(88)，导气管(84)的入口端置于左气瓶(81)之内，导气管(84)的入口端在液面以上，导气管阀门(86)安装在导气管(84)上，岔管(85)的一端与导气管(84)连接，岔管(85)的另一端伸入到右气瓶液面以下，单向阀(87)安装在岔管(85)上，单向阀(87)的流向为从上到下；
所述的虹吸管(2)的进水口置于边坡(9)内的钻孔(1)中，钻孔(1)孔口到钻孔(1)底部的垂直距离大于当地大气压对应的水柱高度，虹吸管(2)的出水口置于密封的水箱(3)中；所述的水箱(3)设置在坡面上，水箱(3)由透明材料制成，水箱(3)顶部的高程低于钻孔(1)底部的高程，排气管(4)安装在水箱(3)的顶部，排水管(5)的入口端连接在水箱(3)的底部，排水管(5)的出口置于边坡(9)下部的排水沟(7)中，排水管阀门(6)安装在排水管(5)的出口处；
所述的虹吸管的直径为4mm，水箱中置入虹吸管的数量为50-100根，所述的排气管的直径为10mm，所述的导气管的直径为10mm；水箱(3)中置入虹吸管(2)的数量为50根，水箱(3)的体积设置为50升，每根虹吸管(2)长度为50m，所有虹吸管(2)充满水需要32升水，左气瓶(81)的碳酸钠溶液为1千克碳酸钠和2.5升水混合，右气瓶(82)的醋酸溶液为1千克醋酸和1千克水混合，根据化学反应方程；Na2CO3+2CH3COOH＝2CH3COONa+CO2+H2O，碳酸钠和醋酸完全反应后，在常温、压强为200kpa下，可产生二氧化碳46.7升。
2.一种应用权利要求1所述***的逆压恢复式边坡排水方法，其特征在于，
该方法包括：
(1)逆压恢复式边坡排水***初次使用时，关闭导气管阀门，打开排水管阀门，将导气管与排气管连接，从排水管阀门处向排水管逆向灌水，排出虹吸管中的气体后，停止逆向灌水，将导气管与排气管断开连接，虹吸作用启动，坡体内地下水依次流经虹吸管、水箱、排水管进入排水沟，记录排水管的初始排水流量；
(2)当排水管的排水流量下降到初始排水流量的30％-50％时，关闭排水管阀门，水箱水位上升，水箱中气体由排气管排出；
(3)当水箱集满水时，将导气管与排气管连接，挤压右气瓶，使醋酸溶液通过导流管流入左气瓶，当压力表显示为200kpa时，打开导气管阀门，气体进入水箱，使水逆向压入虹吸管；
(4)当水箱水位下降到虹吸管出水口的位置时，关闭导气管阀门，将导气管与排气管分离，打开排水管阀门，记录新的排水管的排水初始流量，向左气瓶中补充碳酸钠，向右气瓶中补充醋酸。
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