地质灾害治理中的排水工程问题

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地质灾害治理中的排水工程问题

admin 2021-04-17 2360


地质灾害治理中的排水工程问题

  摘要:我国每年由于地质灾害造成的生命和财产损失十分巨大。大多数的地质灾害都与降雨有关。因此,在地质灾害治理过程中,处理好排水工程问题对减少灾害有着重要的意义。本文着重提出了在地质灾害治理中如何处理排水问题的思路和对策,对工程施工具有一定的借鉴意义。

  关键词:地质灾害治理,地表排水,地下排水

  我国幅员辽阔,每年由于地质灾害造成的损失非常巨大。人类对于地质灾害的认识还非常有限。面临地质灾害,主动躲避地质灾害区域是减轻灾害危害,或消除威胁的有效措施;当无法躲避时,则必须考虑通过工程措施抑制或控制地质灾害,这些工程措施统称为地质灾害治理工程。

  地质灾害治理工程对象是处在不同变形阶段的复杂地质体。这些地质体的复杂性表现在地形地貌、地质构造、岩土结构和水文地质条件的各个方面。地质灾害通常分布在地形切割大、坡度陡的山区,并且断裂、褶皱发育,地层产状变化大,岩体节理裂隙发育,完整性差,土层结构松散,地下水的补排关系复杂,地下水类型多样。

  尤其在雨季,由于降雨造成滑坡、泥石流等重大地质灾害的事件时有发生,因此,高度重视地质灾害治理工程中的排水工程,是决定灾害治理成功与否的关键。

  一、地质灾害治理中的地表排水工程

  地表排水工程,应根据工程滑坡的规模、范围及其重要程度,准确合理的选定设计标准,即选定某一降雨频率作为计算流量的标准。将大于设计标准或在非常情况下使工程仍能发挥其原有作用的安全标准,作为校核标准。

  1.1排水汇水量计算

  汇水量计算,可根据中国水利科学院水文研究所提出的小汇水面积设计流量公式计算,即:

  式中:

  设计频率地表汇水流量(m3/s)

  径流系数

  设计降雨强度(mm/h)

  汇水面积(km2)

  流域汇流时间(h)

  降雨强度衰减系数。

  1.2 排水沟断面形状的选取

  排水沟断面形状可为矩形、梯形、复合型及U形。梯形、矩形排水沟断面易于施工,维修清理方便,具有较大的水力半径和输移力,在排水设计中应优先考虑。

  1.3 排水沟断面尺寸的计算

  排水沟过流量的计算公式为:

  式中:

  过流量(m3/s)

  过流断面面积(m2)

  流速系数(m/s)

  水力半径(m)

  水力坡降

  1.4排水沟的位置及施工要求

  外围排水沟应设置在滑坡体或老滑坡后缘,远离裂缝5米以外的稳定斜坡面上,依地形而定,平面上多呈人字形展布。沟底比降无特殊要求,以能顺利排除拦截的地表水为原则。根据外围坡体结构,截水沟迎面应设泄水孔。

  排水沟宜采用浆砌片石或块石砌成;当坡体松软,地质条件差时,可采用毛石混凝土或素混凝土修建。沟底及边墙,应设伸缩缝,缝间距为10—15m。伸缩缝内应设止水或反滤盲沟。

  二、地质灾害治理中的地下排水工程

  排除地下水工程的目的在于把分布于滑坡体范围内的地下水诱导排出,以降低滑动面(带)的含水率或孔隙水压力,使滑坡土体趋于稳定。当地下水从滑坡体范围外流入滑坡体内的透水层时,应在地下水流入滑坡体范围之前,就将地下水截断,而把地下水流量的一部分作为地表水排除。排除地下水工程分为排除浅层地下水和排除深层地下水两类。

  2.1 地下水渗透量的确定

  地下水渗透量的确定主要采用渗流定律。下面列出三种渗透流量的计算公式,其主要差别在于不透水层的坡度和排水渗沟的深度(相对于不透水层)。

  2.1.1 渗沟深度达不透水层而不透水层的坡度又较平缓的情况

  渗沟底部挖至或挖入不透水层,而不透水层的横向坡度较平缓时,可采用地下水自然流动速度近于零的假设,按下列计算公式计算单位长度渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量

  式中:Qs——表示每延米长渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量,m3/(s·m);

  Hc——含水层地下水位的高度,m;

  hg——渗沟内的水流深度,m,在渗沟底位于不透水层内,且渗沟内水面低于不透水层顶面时,按式(2.2)计算;

  k——含水层岩土颗粒的渗透系数,m/s;

  rs——地下水位手渗沟影响而降落的水平距离,m。可按式(2.3)确定;

  I0——地下水位降落曲线的平均坡度,可按含水层岩土颗粒的渗透系数由近似公式(2.4)估算。

  如地下水由两侧流入渗沟内,则上述渗沟内的流量应乘以2倍。

  2.1.2渗沟深度远较不透水层浅的情况

  渗沟深度浅而不透水层很深时,渗流量计算的主要参数是渗透系数和地下水位受渗沟影响而降落的水平距离或平均坡度。地下水位受渗沟影响而降落的水平距离或平均坡度与含水层岩土的透水性,即渗透系数有关。这种情况下,位于含水层内单位长度渗沟内的流量按下式计算确定(如图二):

  式中:rs——相临渗沟间距之半,m;

  k——含水层岩土颗粒的渗透系数,m/s;

  Hg——渗沟位置处地下水位的下降幅度,m。

  2.2 地下排水体系的选取

  2.2.1明沟和槽沟

  明沟一般适用于地下水埋藏很浅,譬如深度仅在1~2m之内,或水沟通过地层稳定能够进行较深的明挖的地方。

  槽沟则用于处理地下水埋藏较深或地质不良,水沟边坡容易发生滑塌的地方,其深度可达到3m左右。

  明沟、槽沟用处很广,可以作拦截、排引、疏干、降低地下水之用。施工简便,养

硬式透水管重量轻,易于运输及操作。适应的温度范围广。耐侯性(抗老化)优越,使用寿命极长。抗冲击能力极强,具有优良的抗化学腐蚀能力。 集水能力极强,是其他类似产品的5至10倍。流体流动速率快,是相同直径的钢广混凝土或波纹管的2到3倍。 将集水迅速排走,避免水土流失。底部为无孔部分,利于集水迅速排出,防止二次渗漏。

护容易,造价低廉。

  明沟、槽沟的断面形式,常用的有梯形和矩形两种

  2.2.2 暗沟和明暗沟

  这种设施最宜用来排除分布于自地表到地表下3m左右这个范围的地下水。它能排除分布于渗透系数小的土层中土颗粒间孔隙内的地下水。

  暗沟有集水暗沟和排水暗沟两种。集水暗沟用来汇集它附近的地下水;而排水暗沟的主要目的是与地表排水沟连接起来,把汇集的地下水作为地表水排除。

  2.2.3 渗沟

  渗沟在整治中小型的浅层滑坡中能起到良好作用,在滑坡处治应用中较多。它具有疏干表层土体,增加坡面稳定性;截断及引排地下水,降低地下水位,防止土壤细粒间的冲移和浸蚀作用。渗沟如作到浅层活动面以下,可以起到土体的支撑作用。

  2.2.4 排水隧洞

  为拦截滑坡体后部深层地下水或降低滑坡体内地下水位,应将横向拦截排水隧洞修建于滑坡体后缘滑动面以下,与地下水流向基本垂直。

  三、 结语

  排水工程是一项综合性的工作,要消除各种水源对滑坡体稳定性的影响,提高滑坡稳定安全系数,保护滑坡区域建筑物免遭破坏,应做好以下几项工作:

  首先,认真设计,精心施工,及时维护是基础。任何工程,设计是前提,施工是关键,维护是补充。只有做到认真设计,精心施工,及时维护,才能建立和保持完善的排水系统,保证滑坡体外的水流不会入滑坡体内,也才能保证滑坡体内的地表水和地下水随时排除,以提高滑坡体的稳定性。

  其次,充分调查,合理布置,综合治理是关键。设计时,进行地面排水设施和地下排水设施时,应进行全面、详细的调查研究,查明地表水和地下水的分布状况和大小,分析水对滑坡的影响程度,做到地面排水设施和地下排水设施相互配合,相互协调,同时做到排水工程与其他处治工程相互配合,以最大可能排除影响滑坡的各种水源。

  最后,因地制宜,经济实用是原则。设计时,应结合地形、地质情况和水文情况,因地制宜,合理设计,尽量选择有利的地形和地质的区域设置排水工程,既可起到排除、疏干滑坡堤范围的地下水和地表水,又可对滑坡体起到加固和保护作用。同时,设计时,要注意就地取材,以降低工程造价。


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