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1、第20卷第3期(总第49期)中国铁道科学1999年9月文章编号:1001-4632(1999)-03-0052-09虹吸排水应用技术的研究张永防张颖钧(铁道部科学研究院西北分院)摘要:通过室内虹吸排水试验,完成了虹吸排水形成和恢复方法的研究和试验,在上述试验的基础上,提出了边坡、滑坡地区虹吸排水虹吸管的最大可能安装高度,结构形式,排水井位的布置,形成和恢复所需采取的措施。关键词:虹吸排水降低地下水位+中图分类号:U216.414文献标识码:A1前言虹吸排水是一种古老的排水方法。在我国黄河中下游沿岸,部分河岸高出两侧农田的地[1]区,可以利用虹吸管对这些农田进行灌溉和排淤。8
2、0年代末,法国运用虹吸排水这一技术来解决边坡地下水位过高的问题,降低了地下水位,稳定了边坡,取得了满意的效果。如代焦(Dijon)附近一公路由于地下水离路面标高只有2m,造成公路破裂而往下蠕动,影响了公路的正常使用。后来采用虹吸排水方法,使地下水位降低至8m深。边坡蠕动消失,保证[2]了公路路面的稳定。以往排除浅层地下水可以采用渗沟(边坡渗沟,支撑渗沟,截水和引水渗沟等等)排除深层地下水可采用渗水隧洞。但其工程数量大,施工困难,造价高。70年代国外发展水平钻孔排水、大孔径竖井结合水泵抽水等项先进技术。这些措施在降低地下水位,提高边坡、滑坡的稳定性方面起着重要作用。但这些工程
3、措施有的需要水平钻机,技术条件要求高,有的需要管理人员定期去井位抽水。上述种种原因限制了这些先进技术在我国的发展和推广。虹吸排水降低边坡、滑坡地下水位的应用技术适宜于南方多雨地区的边坡和滑坡病害的整治工作。推广后将具有较高的经济效益。2虹吸排水室内试验虹吸管的形成是由于管中真空的存在,真空使得水充满了储水管道。在大气压力的作用下,利用管道进口和出口的水头差,使边坡、滑坡中的地下水通过管道越过某一高度到达低处的管路,称之谓边坡、滑坡地下水虹吸排水管路系统。收稿日期:1999-05-30张永防助理研究员铁道部科学研究院西北分院兰州730000第3期虹吸排水应用技术的研究532.
4、1虹吸排水最大可能安装高度Z为了保证虹吸管的虹吸作用,必须正确地确定虹吸管高出供水池水位的超高值Z,如图1所示。以图1中的2—2水面为准,就断面1—1和虹吸管顶断面C—C可写出伯努利方程式,经简化后得虹吸管的安装高度Z:2Z=ham-hc-(1+λL1/d+∑a)v/2g(1)[3]式中ham——当地大气压水柱高度,其水柱高度与海拔高度的关系见表1。hc——虹吸管顶C—C处的防气化管顶压力水柱高度,管顶压力越大,真空值愈小,虹吸作用越顺畅,一般取hc=1.0m～2.0m水柱高度;λ——沿程水头损失系数;L1——虹吸管上升部分的长度/m;d——虹吸管管径/m;a——虹吸管局部
5、损失系数;-1v——管中水流速度/ms;-2g——重力加速度/9.8ms。表1大气压力和海拔高度的关系工点的海拔高度/m02004006008001000120015002000水银柱高度/mm760742724707690674658635594水柱高度/m10.3310.089.849.609.379.168.948.628.12当虹吸管中水流速度v=0时,就可求得当地虹吸管的最大可能安装高度Z0,式(1)就简化成:Z0=ham-hc(2)或近似为:PaxZ0=--hc(3)r1000其中Pa/r——海平面处的大气压力,为10.33m水柱高度;x——当地所处海拔高度/m
6、。2.2虹吸排水试验结果分析室内虹吸试验的目的是要了解虹吸高度、落差和流速之间的相互关系。为此进行了室内虹吸排水试验5组共40次。考虑到兰州地区海拔高度为1500m,设防气化管顶压力hc=1.5m水柱高度,则虹吸管最大可能安装高度Z0=7.0m。故室内虹吸排水试验按3m、4m、5m、6m、7m的虹吸高度安装虹吸管,并按实测的平均虹吸高度Z和排空一箱水的实际容量Q进行计算和绘图。虹吸排水装置如图2所示,试验结果汇总在表2中,并据此绘制了图3。从试验结果看,落差H和流速v呈抛物线关系。虹吸高度的影响也很大,形成了一组抛物线图形,表明在其它条件相同的情况下,虹吸高度升高1m,虹吸
7、管实际增加了2m,这导致了虹吸管的沿程阻力增加,它直接影响着水的流速,使得流速和落差曲线下降了一个台阶。[3]这些试验结果和水力学理论公式的计算是吻合的,即:54中国铁道科学第19卷2gH-1v=(ms)(4)Lλ+∑ad图1虹吸原理示意图图2虹吸排水试验结果示意图表2虹吸排水试验汇总表容量Q平均落差H耗时平均流速v容量Q平均落差H耗时平均流速vm3msms-1m3msms-1Z=2.86mZ=3.85m0.57950.530.57970.521.07300.571.05760.701.54700.891.5470
