專利名稱：一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)排水系統(tǒng)，尤其涉及一種可應(yīng)用于疏干露天邊坡、公路鐵路邊坡和水電邊坡內(nèi)賦存的滲流水，實(shí)現(xiàn)邊坡的自動(dòng)疏干的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
露天邊坡、公路鐵路邊坡等內(nèi)往往富含有大量積水，其來(lái)源主要包括雨水滲入、上部邊坡或山體內(nèi)的積水滲入、甚至包括溪水灌入等多種途徑。邊坡內(nèi)積水對(duì)邊坡穩(wěn)定性十分不利，主要表現(xiàn)在(1) 一般巖石干燥狀態(tài)下的強(qiáng)度往往是其飽水狀態(tài)強(qiáng)度的1-2倍，因此干燥的邊坡穩(wěn)定性明顯高于含水邊坡；(2)如花崗斑巖、泥巖、泥質(zhì)礫巖、蒙脫石等諸多 巖石存在遇水泥化、崩解的特征，其巖體強(qiáng)度因此迅速降低，邊坡穩(wěn)定性隨之降低；(3)構(gòu)造帶往往是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵，構(gòu)造帶內(nèi)巖體破碎，含斷層泥，具有明顯的雨水泥化特征，其摩擦阻力將隨之迅速減??；(4)邊坡內(nèi)含水量增加，將導(dǎo)致邊坡自重增大，失穩(wěn)趨勢(shì)增加。如暴雨過(guò)后引發(fā)的山體滑坡，均源自于上述原因。因此，最大限度疏干邊坡內(nèi)積水，對(duì)維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性具有非常重要的作用。疏干露天邊坡內(nèi)積水的方法一般有兩種，一是在邊坡內(nèi)鑿水平孔(孔口稍向下傾斜以利排水)，孔內(nèi)安置排水管，積水自動(dòng)流出；另一種是鑿垂直孔，采用抽水泵等方法抽出。第一種方法是常用的一種排水方法，其不足是施工成本高，須在邊坡形成的過(guò)程中及時(shí)施工排水孔，如果錯(cuò)過(guò)最佳施工期，邊坡一旦形成，因無(wú)作業(yè)平臺(tái)，幾乎無(wú)法補(bǔ)充鑿排水孔，第二種方法適用于邊坡坡面距離與泄水區(qū)距離比較遠(yuǎn)，水平孔排水距離過(guò)長(zhǎng)、施工難度極大的邊坡疏水；或者邊坡開挖后期出現(xiàn)滲水，人員和設(shè)備難以在已形成的陡峭邊坡施工，只能在邊坡臺(tái)階施工的區(qū)域。采用垂直孔疏水，缺點(diǎn)如下(1)通常采用潛水泵將疏水孔內(nèi)滲出的積水抽出，不僅要花費(fèi)大量的人力物力在露天坑內(nèi)架設(shè)動(dòng)力電纜，還必須有專門的人員負(fù)責(zé)潛水泵的運(yùn)行，如果是野外公路鐵路邊坡的長(zhǎng)期疏水，則該種方法實(shí)施困難更大；
(2)一般潛水泵揚(yáng)程與泵體直徑成正比，小體積泵揚(yáng)程小，必須采用大體積泵才能滿足邊坡疏水要求，因此須采用Φ 265mm等大直徑孔，存在鑿孔成本高、施工速度慢等缺陷；(3)垂直疏水孔內(nèi)安裝的潛水泵一般為清水泵(渣漿泵體積大)，由于孔內(nèi)泥污較多，損耗非常大；垂直疏水孔內(nèi)積水的滲入是一個(gè)緩慢的過(guò)程，而抽水是一個(gè)較快的過(guò)程，如果管理不善，抽水泵很容易因空轉(zhuǎn)而燒損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，提出了一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，當(dāng)匯水孔22內(nèi)的積水達(dá)到預(yù)先設(shè)定的水位時(shí)，自動(dòng)排水系統(tǒng)的觸發(fā)機(jī)構(gòu)自動(dòng)啟動(dòng)，依據(jù)虹吸原理，匯水孔22內(nèi)的積水通過(guò)抽水管23、排水管19排至邊坡下部。當(dāng)匯水孔22內(nèi)積水排至設(shè)定的最低水位24時(shí)(即抽水管23插入?yún)R水孔22的最底端)，自動(dòng)排水系統(tǒng)停止工作，待匯水孔22內(nèi)水位再次達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，該裝置會(huì)再次啟動(dòng)并排完匯水孔22內(nèi)積水。本發(fā)明的第一目的在于提供一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，由儲(chǔ)能裝置、觸發(fā)裝置及排水裝置組成；所述的儲(chǔ)能裝置由儲(chǔ)水箱(3)、蓄能箱(4)、出水管(11)、水箱連通管(17)、止水塞(10)組成；所述的觸發(fā)裝置由懸浮筒(20)、剛性浮筒桿(13)、導(dǎo)向筒(15)、彈性連接繩(12)、限位螺母(14)、導(dǎo)向桿(7)、浮球(8)、剛性壓桿(9)組成；所述的排水裝置由抽水管
(23)、單向閥(16)、排水管(19)組成；
其特征在于儲(chǔ)水箱(3)與蓄能箱(4)由水箱連通管(17)相連；
懸浮筒(20)位于邊 坡的匯水孔(22)內(nèi)，剛性浮筒桿(13)垂直穿過(guò)導(dǎo)向筒(15)，位于導(dǎo)向筒(15)上方的剛性浮筒桿(13)上端裝有浮筒桿限位螺母(14)，剛性浮筒桿(13)頂端與彈性連接繩(12) —端相連，其底端與懸浮筒(20)相連；彈性連接繩(12)另一端與活動(dòng)連接于出水管(11)頂端管口處的止水塞(10)相連，其中出水管(11)位于蓄能箱(4)底面；浮球(8)為一軸心具有上下貫通通孔的密閉體，一空心的剛性壓桿(9)頂端固定于浮球(8)的通孔底端；蓄能箱(4)內(nèi)側(cè)頂面豎直安裝有導(dǎo)向桿(7)，導(dǎo)向桿(7)直徑小于浮球(8)通孔及剛性壓桿(9)的內(nèi)徑，由上至下依次穿過(guò)浮球通孔和剛性壓桿，浮球(8)通孔及剛性壓桿(9 )可沿導(dǎo)向桿(7 )上下浮動(dòng)；其中，導(dǎo)向桿(7 )、浮球(8 )、剛性壓桿(9 )、止水塞(10 )、以及出水管(11)的軸線重合，出水管(11)底端管口與排水管(19)連通；
抽水管(23) —端通過(guò)單向閥(16)與排水管(19)相連，另一端插入?yún)R水孔(22)內(nèi)部；單向閥(16)控制水流方向由抽水管(23)流向排水管(19);所述的排水管(19)管口的高度低于抽水管(23)管口的高度。優(yōu)選地，所述的出水管(11)管徑為水箱連通管(17)管徑的3倍以上。優(yōu)選地，在蓄能箱(4)側(cè)面安裝有進(jìn)氣管(5 )，進(jìn)氣管(5 )管口高度與儲(chǔ)水箱(3 )液
面高度一致。優(yōu)選地，在蓄能箱(4)內(nèi)浮球(8)的上方設(shè)置一限位裝置。優(yōu)選地，剛性壓桿(9)的重力與浮球(8)的重力之和小于浮球(8)在水中所受的浮力；懸浮筒(20)與剛性浮筒桿(13)的重力之和小于懸浮筒(20)在水中所受的浮力。優(yōu)選地，所述的彈性連接繩(12)為柔性繩，其長(zhǎng)度為當(dāng)剛性浮筒桿(13)的懸浮筒(20)達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位時(shí)，彈性連接繩(12)恰好將止水塞(10)拉起；在止水塞(10)打開時(shí)，其聚集的彈性釋放，促使止水塞(10)打開。優(yōu)選地,所述止水塞(10)上表面為平面,下表面為拋物線曲面形；當(dāng)止水塞(10)處于閉合狀態(tài)時(shí)，拋物線形曲面與圓形出水管(11)管口吻合。本發(fā)明另一目的在于提供一種多級(jí)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，多級(jí)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)由多個(gè)如上述的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)組成，所述多個(gè)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)位于邊坡的不同臺(tái)階上，上一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的排水管(19)排水口與下一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱(3)相連。優(yōu)選地，第二級(jí)臺(tái)階及其以下的各個(gè)自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱(3)設(shè)置有溢流管。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行邊坡自動(dòng)排水方法，其特征在于，該自動(dòng)排水方法包括如下步驟
步驟一、在儲(chǔ)能箱(4)內(nèi)充滿水；
步驟二、匯水孔(22)液面持續(xù)上升并達(dá)到懸浮筒(20)位置，懸浮筒(20)及與其相連的剛性浮筒桿(13) —起向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)處于松弛狀態(tài)的彈性連接繩(12)逐漸繃緊；
步驟三、匯水孔(22)液面繼續(xù)上升，當(dāng)匯水鉆孔(22)內(nèi)的液面達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位(21)時(shí)，剛性浮筒桿(13)帶動(dòng)彈性連接繩(12)將止水塞(10)打開；
步驟四、止水塞(10)打開后，蓄能箱(4)中的水通過(guò)出水管(11)并流向排水管(19)出水口，同時(shí)儲(chǔ)水箱(3)中的水通過(guò)水箱連通管(17)流入蓄能箱(4)進(jìn)行水補(bǔ)給，其中蓄能箱(4)的出水量大于自儲(chǔ)水箱(3)中的入水量；
步驟五、當(dāng)排水管(19)出水口的水頭位置低于匯水孔(22)內(nèi)液面的高度時(shí)，儲(chǔ)能箱(4)內(nèi)液面低于浮球(8)下方，浮球8及其下部的剛性壓桿9向下壓迫止水塞10關(guān)閉，使出水管11上端密閉；
步驟六、止水塞(10)關(guān)閉后，儲(chǔ)水箱(3)中的水繼續(xù)通過(guò)水箱連通管(17)流入蓄能箱
(4)進(jìn)行水補(bǔ)給，直至蓄能箱(4)再次注滿；同時(shí)，匯水孔(22)內(nèi)的水依次通過(guò)抽水管(23)、單向閥(16)和排水管(19)排出，直至匯水孔(22)內(nèi)的液面低于排水管(19)出口的位置，邊坡疏水結(jié)束；
步驟七、重復(fù)執(zhí)行步驟二 -步驟六。與以往邊坡內(nèi)積水疏干方法對(duì)比，采用此裝置進(jìn)行邊坡疏水具有一下特征與優(yōu)勢(shì)
(I)該系統(tǒng)利用虹吸原理可將垂直疏水孔內(nèi)的積水排出孔外，無(wú)需電力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等外部動(dòng)力，更適用于露天坑、公路鐵路邊坡等野外地區(qū)的邊坡疏水，僅需保持儲(chǔ)水箱3內(nèi)最低液面聞?dòng)趦?chǔ)能箱4最聞液面即可。(2)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低廉，無(wú)精密元器件和易損件，適用于露天野外的各種惡劣環(huán)境。(3)使用該系統(tǒng)自動(dòng)排放匯水孔內(nèi)積水，無(wú)需人員值守，施工簡(jiǎn)單，管理方便，疏水成本低，通過(guò)逐級(jí)疏水系統(tǒng)較好的保證了邊坡積水排向泄水區(qū)，排水效果好。


圖I為邊坡排水系統(tǒng)側(cè)視圖，其中
I-露天邊坡；2_邊坡臺(tái)階；3_儲(chǔ)水箱；4_蓄能箱；5_進(jìn)氣管；6_限位卡；7_導(dǎo)向桿；8-浮球；9_剛性壓桿；10_止水塞；11_出水管；12_彈性連接繩；13_剛性浮筒桿；14_限位螺母；15_導(dǎo)向筒；16_單向閥；17_連通管；18_水箱支座；19_排水管；20_懸浮筒；21_自動(dòng)排水啟動(dòng)水位；22_匯水鉆孔；23_抽水管；24_自動(dòng)排水最低水位。圖2為邊坡排水系統(tǒng)正視圖。圖3為邊坡排水系統(tǒng)俯視圖。圖4為邊坡排水系統(tǒng)未啟動(dòng)時(shí)觸發(fā)裝置狀態(tài)示意圖。圖5為邊坡排水系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中觸發(fā)裝置狀態(tài)示意圖。圖6為邊坡排水系統(tǒng)啟動(dòng)完成時(shí)觸發(fā)裝置狀態(tài)示意圖。圖7為虹吸效應(yīng)發(fā)生前邊坡排水系統(tǒng)的觸發(fā)裝置狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下所描述具體實(shí)施方式
的范圍。
具體實(shí)施例一
圖1-3為邊坡排水系統(tǒng)的示意圖。該邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)主要包括三大裝置儲(chǔ)能裝置、觸發(fā)裝置和排水裝置。如圖所示，儲(chǔ)能裝置包括儲(chǔ)水箱3、蓄能箱4，以及儲(chǔ)能箱4與儲(chǔ)水箱3之間的連通管17、與排水管19連通的出水管11，此外，為了保證儲(chǔ)能箱4內(nèi)水流能夠順暢的排出和流入，在儲(chǔ)能裝置中還可以設(shè)置一個(gè)位于儲(chǔ)能箱上與大氣壓連通的進(jìn)氣管5。觸發(fā)裝置包括懸浮筒20、剛性浮筒桿13、導(dǎo)向筒15、彈性連接繩12、限位卡6、限位螺母14、導(dǎo)向桿7、浮球8、剛性壓桿9。
其中，在匯水鉆孔22內(nèi)與剛性懸浮筒桿13連接的懸浮筒20為一中空密封體，夕卜徑小于匯水孔直徑，使懸浮筒20可在匯水孔22內(nèi)自由上下移動(dòng)，例如懸浮筒20為一薄鐵皮或者塑料材質(zhì)的中空?qǐng)A柱體，其外徑為匯水孔22 (Φ256πιπι)直徑的2/3左右；懸浮筒20須足夠長(zhǎng)，確保匯水孔22內(nèi)積水液面升高時(shí)，懸浮筒20所受到的浮力大于懸浮筒20和剛性浮筒桿13自重及其在上行過(guò)程中受到的摩擦阻力。剛性浮筒桿13為一輕質(zhì)剛性桿體，材料可采用硬質(zhì)塑料管制作，下端固定連接于匯水孔內(nèi)的懸浮筒20上，上端與彈性連接繩12相連。當(dāng)匯水孔22液面上升，達(dá)到懸浮筒20位置時(shí)，受浮力作用懸浮筒20及與其相連的剛性浮筒桿13—起向上運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)原處于松弛狀態(tài)的彈性連接繩12逐漸繃緊，并最終觸發(fā)止水塞10動(dòng)作。儲(chǔ)能箱4側(cè)邊上下各安裝一個(gè)導(dǎo)向筒15，剛性浮筒桿13軸向插入于所述導(dǎo)向筒15內(nèi)，導(dǎo)向筒15的直徑稍大于剛性浮筒桿13的直徑，以確保剛性浮筒桿13在匯水孔22內(nèi)垂直上下自由移動(dòng)，同時(shí)又不對(duì)剛性浮筒桿13的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生太大摩擦阻力；剛性浮筒桿13上部(位于導(dǎo)向筒15上方)安裝一限位螺母14，防止其下降位置過(guò)低拉動(dòng)彈性連接繩12觸發(fā)
>j-U ρ α裝直。彈性連接繩12為可伸縮性柔繩，一端與剛性浮筒桿13頂端相連，另一端與止水塞10相連。其作用是在剛性浮筒桿13上升到一定位置時(shí)(即匯水孔內(nèi)的水位達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位21)，可打開止水塞10，使儲(chǔ)能箱4內(nèi)的水迅速?gòu)呐潘?9排出并最終觸發(fā)虹吸現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)虹吸排水；同時(shí)因該彈性繩具有儲(chǔ)能功能，在止水塞10打開的一瞬間，其聚集的彈性能迅速釋放，確保止水塞10短時(shí)間內(nèi)完全敞開。儲(chǔ)能箱4內(nèi)的觸發(fā)機(jī)構(gòu)包括浮球8、導(dǎo)向桿7、剛性壓桿9、止水塞10、限位卡6等組成。浮球8為一軸心設(shè)計(jì)了上下貫通的圓柱孔的密閉體，浮球8的體積取決于浮球8在水中的浮力，要求該力值須大于浮球8、剛性壓桿9自重和浮球8、剛性壓桿9在導(dǎo)向桿7上移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，該圓柱孔直徑大于導(dǎo)向桿7直徑；剛性壓桿9為一空心桿，固定于浮球8的圓柱孔下端，其內(nèi)徑大于導(dǎo)向桿7直徑。將導(dǎo)向桿7穿過(guò)浮球8中心圓柱孔及剛性壓桿9，并固定于儲(chǔ)能箱4的箱蓋，要確保導(dǎo)向桿7、浮球8、剛性壓桿9、止水塞10、出水管11的軸線重合。當(dāng)自動(dòng)排水系統(tǒng)啟動(dòng)前，儲(chǔ)能箱4內(nèi)充滿水，浮球8及剛性壓桿9在浮力的作用下，沿著導(dǎo)向桿7上移，浮球8可抵達(dá)蓄能箱箱蓋；為了限定浮球8的浮動(dòng)范圍，可以在蓄能箱4內(nèi)浮球8的上方設(shè)置一限位卡6，例如限位卡6可以固定在蓄能箱4內(nèi)側(cè)面，由導(dǎo)向桿7豎直穿過(guò)限位卡6 ;限位卡也可以固定于導(dǎo)向桿上端，并位于浮球8上方。一旦彈性繩觸動(dòng)止水塞10打開(即，匯水孔內(nèi)的水位達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位21時(shí))，儲(chǔ)能箱4內(nèi)的水快速自出水管11排出，再導(dǎo)向排水管19出水口，儲(chǔ)能箱4內(nèi)液面快速降低，浮球8隨液面下降，當(dāng)自儲(chǔ)能箱4內(nèi)流向排水管19的水達(dá)到虹吸現(xiàn)象的要求時(shí)(即排水管19出水口的水頭位置低于鉆孔內(nèi)液面的高度時(shí))，儲(chǔ)能箱4內(nèi)液面低于浮球8，浮球8失去浮力下落，浮球8下的剛性壓桿9向下壓迫止水塞10 (浮球8及剛性壓桿9的設(shè)計(jì)重量大于彈性繩的張力)關(guān)閉，使儲(chǔ)能箱4內(nèi)的出水管11上端密閉。排水管19與插入?yún)R水孔22內(nèi)抽水管23的直徑相同，兩者之間通過(guò)一個(gè)單向閥16連接。一旦止水塞10關(guān)閉，根據(jù)虹吸原理，則匯水孔22內(nèi)的水會(huì)通過(guò)抽水管23、單向閥16和排水管19，源源不斷的流出，直至鉆孔內(nèi)的水位低于排水管19出口的位置。為了達(dá)到以上要求，剛性壓桿9的重力與浮球8的重力之和小于浮球8在水中所受的浮力；懸浮筒20與剛性浮筒桿13的重力之和小于懸浮筒20在水中所受的浮力，用以保證在浮力作用下浮球8或懸浮筒20能夠帶動(dòng)剛性壓桿9或剛性懸浮筒13漂浮起來(lái)。當(dāng)止水塞10關(guān)閉時(shí)，由于儲(chǔ)能箱4與儲(chǔ)水箱3之間有一個(gè)水箱連通管17，該水箱連通管17的排水量小于排水管19的排水量(如連通管17排水量為排水管19排水量的1/5)，儲(chǔ)水箱3內(nèi)的水將充滿儲(chǔ)能箱4，浮球8及剛性壓桿9會(huì)隨儲(chǔ)能箱4水面的升高逐漸升高，但止水塞10受下部虹吸原理產(chǎn)生的負(fù)壓力和止水塞10上表面受的靜水壓力作用，止水塞10不會(huì)打開。
進(jìn)氣管5位于蓄能箱4箱體側(cè)面，其下端與儲(chǔ)能箱4內(nèi)部相通，其上端與大氣相通，可確保止水塞10打開時(shí)，儲(chǔ)能箱4內(nèi)的水可以迅速自出水口排出；當(dāng)止水塞10關(guān)閉時(shí)，儲(chǔ)水箱3內(nèi)的水也可以順利的流入儲(chǔ)能箱4。出水管11位于蓄能箱4箱體底面，出水管11管徑為儲(chǔ)水箱3、儲(chǔ)能箱4之間連通管管徑的3倍以上，保證蓄能箱4的出水速度遠(yuǎn)大于進(jìn)水速度，以便使虹吸現(xiàn)象發(fā)生前蓄能箱4內(nèi)的水位能夠迅速下降，例如，出水管11的內(nèi)徑Φ55πιπι，長(zhǎng)度30m (包括水平距離IOm和臺(tái)階坡面布置的管道長(zhǎng)20m)，連通管17內(nèi)徑為Φ18_。當(dāng)排水管19內(nèi)容納的水量達(dá)到可實(shí)現(xiàn)虹吸現(xiàn)象時(shí)，浮球8可及時(shí)落下封閉儲(chǔ)能箱4出水管11，不會(huì)由于儲(chǔ)水箱3內(nèi)的水源源不斷進(jìn)入儲(chǔ)能箱4，導(dǎo)致浮球8無(wú)法下落造成止水塞10無(wú)法閉合現(xiàn)象。止水塞10活動(dòng)連接于蓄能箱4的出水管11頂端管口處，為一上表面為平面，下表面為拋物線曲面形的塞子，當(dāng)止水塞10處于閉合狀態(tài)時(shí)，拋物線形曲面與出圓形水管口吻合，類似球形閥密閉結(jié)構(gòu)，可封閉出水管11 口 ；由于止水塞10的拋物線曲面外形，能夠適應(yīng)出水管11 口外形的細(xì)微變化；同時(shí)由于止水塞10上表面為水平面，來(lái)自靜水壓力的作用，使止水塞10緊緊堵住出水管11管口。隨著匯水孔22內(nèi)水位的上升，匯水孔22內(nèi)懸浮筒20帶動(dòng)剛性浮筒桿13上升，固定于剛性浮筒桿13和止水塞10之間的彈性連接繩12逐漸受力，但由于止水塞10自重和其上表面靜水壓力的作用，止水塞10不會(huì)動(dòng)作；此時(shí)匯水鉆孔22的水面繼續(xù)上升，并帶動(dòng)懸浮筒20及剛性浮筒桿13繼續(xù)同步上升，彈性繩所受張力越來(lái)越大，一旦彈性繩所受張力超過(guò)止水塞10自重和其上表面靜水壓力的作用，止水塞10隨之會(huì)被打開，在此瞬間，儲(chǔ)能箱4內(nèi)積水迅速流入出水管11 口，流水進(jìn)入出水管11 口的同時(shí)，會(huì)對(duì)拋物線曲面的止水塞10施加一個(gè)向上的頂推力，使止水塞10加速打開；同時(shí)在靜力平衡狀態(tài)下存儲(chǔ)于彈性繩中的能量迅速釋放，彈性繩快速收縮，拋物線形塞子徹底頂開，形成較大的流水量，保證出水管11出水順利。為了方便止水塞的開合，止水塞10在出水管11管口處的活動(dòng)連接可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)連接裝置實(shí)現(xiàn)，如，鉸鏈。
儲(chǔ)水箱3與蓄能箱4為方形水箱，可采用鋼板或PVC等塑料材質(zhì)，以保證在戶外某些惡劣環(huán)境下的使用壽命，為了確保儲(chǔ)水箱3為蓄能箱提供充足的水分，使自動(dòng)排水系統(tǒng)能夠持續(xù)作業(yè)，儲(chǔ)水箱3體積最低為蓄能箱4體積的3倍以上，例如儲(chǔ)水箱3長(zhǎng)I. 2m,寬I. Om,高I. 2m ;儲(chǔ)能箱4長(zhǎng)O. 4m,寬O. 4m，高O. 6m ;蓄能箱4進(jìn)氣管5的進(jìn)氣管口高度與儲(chǔ)水箱3箱頂高度一致。如圖I所示，排水裝置包括抽水管23、單向閥16、排水管19。抽水管23—端與單向閥16相連，另一端插入?yún)R水鉆孔22內(nèi)部直至自動(dòng)排水最低水位24處。單向閥16兩端分別與抽水管23、排水管19相連，位置介于出水管11底端口與抽水管23之間，使儲(chǔ)能箱4內(nèi)的水流方向只流入排水管19，而不會(huì)流入抽水管23 ;排水管與抽水管23的管徑可以相同，如排水管19與抽水管23的內(nèi)徑Φ35πιπι。
排水管19與出水管11下端管口連通；排水管19沿邊坡向下布置，排水管19出水口水平低于自動(dòng)排水的最低水位24水平，保證匯水鉆孔22內(nèi)積水被疏干至自動(dòng)排水最低水位24。具體實(shí)施例二
為了實(shí)現(xiàn)多階層的邊坡的自動(dòng)排水，可以由多個(gè)實(shí)施例一中的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)組成多級(jí)自動(dòng)排水系統(tǒng)，上一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的排水管19排水口可與下一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱3相連，補(bǔ)給后者儲(chǔ)水箱3內(nèi)消耗的水分，實(shí)現(xiàn)邊坡積水逐級(jí)向下排放。同時(shí)在第二級(jí)(由上至下排序)臺(tái)階的自動(dòng)排水系統(tǒng)及其下各級(jí)臺(tái)階的自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱3設(shè)置一溢流管，確保上一級(jí)排水管19排出的水注滿該儲(chǔ)水箱3后，通過(guò)溢流管流向設(shè)定的最終儲(chǔ)水地點(diǎn)。具體實(shí)施例三
圖4、圖5、圖6、圖7為邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)排水動(dòng)作的示意圖。以下結(jié)合

本發(fā)明中邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)在露天邊坡現(xiàn)場(chǎng)疏水應(yīng)用的具體實(shí)例。當(dāng)匯水鉆孔22內(nèi)的水位達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位21時(shí)，置于某露天邊坡臺(tái)階上的邊坡排水系統(tǒng)啟動(dòng)，最終使排水系統(tǒng)發(fā)生虹吸現(xiàn)象，匯水鉆孔22積水被抽出，達(dá)到自動(dòng)疏干邊坡積水的目的。具體實(shí)施過(guò)程如下
步驟一、系統(tǒng)初始化。在自動(dòng)排水系統(tǒng)啟動(dòng)前，儲(chǔ)能箱4內(nèi)充滿水，浮球8及剛性壓桿9在浮力的作用下，沿著導(dǎo)向桿7上移，直至浮球8抵達(dá)限位卡。步驟二、如圖1，當(dāng)匯水孔22液面上升，達(dá)到懸浮筒20位置時(shí)，受浮力作用懸浮筒20及與其相連的剛性浮筒桿13 —起向上運(yùn)動(dòng)。剛性浮筒桿13在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中帶動(dòng)處于松弛狀態(tài)的彈性繩逐漸繃緊，彈性連接繩12內(nèi)不斷儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，止水塞10在其自重及其上表面靜水壓力作用下，依然密閉出水管11 口，此時(shí)觸發(fā)裝置如圖4所示。步驟三、當(dāng)匯水鉆孔22內(nèi)的水位達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位21時(shí)，剛性浮筒桿13上升并通過(guò)對(duì)彈性連接繩12的拉力最終將止水塞10打開，觸發(fā)裝置狀態(tài)如圖5所示。儲(chǔ)能箱4內(nèi)積水迅速流入出水管11 口，此時(shí)水流會(huì)對(duì)拋物線曲面的止水塞10施加一個(gè)向上的頂推力，使止水塞10加速打開，同時(shí)在靜力平衡狀態(tài)下存儲(chǔ)于彈性繩中的能量迅速釋放，彈性繩快速收縮，拋物線形塞子徹底打開，出水道形成較大的水流量，觸發(fā)裝置狀態(tài)如圖6所示。步驟四、止水塞10打開后，蓄能箱4中的水流動(dòng)特征為水通過(guò)出水管11流出蓄能箱4，同時(shí)儲(chǔ)水箱3中的水流入蓄能箱4進(jìn)行水補(bǔ)給，但蓄能箱4水的流出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自儲(chǔ)水箱3流入的水量。步驟五、當(dāng)自儲(chǔ)能箱4內(nèi)流向排水管19的水達(dá)到虹吸現(xiàn)象的要求時(shí)(即排水管19出水口的水頭位置低于匯水孔22內(nèi)液面的高度時(shí))，此時(shí)儲(chǔ)能箱4內(nèi)液面位于浮球8下方，浮球8不再受浮力作用，則浮球8及其下部的剛性壓桿9因其自重向下壓迫止水塞10，使出水管11上端密閉，如圖7所示。步驟六、一旦止水塞10關(guān)閉，根據(jù)虹吸原理，則匯水孔22內(nèi)的水會(huì)通過(guò)抽水管23 、單向閥16和排水管19，源源不斷的流出，直至鉆孔內(nèi)的水位低于排水管19出口的位置，此時(shí)虹吸現(xiàn)象停止，邊坡疏水結(jié)束；直至匯水孔22內(nèi)水再次滲入，并達(dá)到自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)定的自動(dòng)啟動(dòng)水位21時(shí),該裝置再次啟動(dòng)。同時(shí)，在止水塞10關(guān)閉后，蓄能箱4內(nèi)排出的水會(huì)通過(guò)蓄能箱4與儲(chǔ)水箱3之間的連通管，將蓄能箱4再次注滿，為下一次排水系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)提供能量。為了保證邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的持續(xù)作業(yè)，儲(chǔ)水箱3內(nèi)的水量需要定期加入，且儲(chǔ)水箱3內(nèi)最低液位應(yīng)高于蓄能箱4頂蓋的位置。在設(shè)置如具體實(shí)施例二中的多級(jí)自動(dòng)排水系統(tǒng)時(shí)，為簡(jiǎn)化管理，邊坡上一級(jí)(即上一臺(tái)階)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的排水管19出口可與下一級(jí)(即下一臺(tái)階)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱3相連，以補(bǔ)給后者的儲(chǔ)水箱3內(nèi)消耗的水分，實(shí)現(xiàn)邊坡積水逐級(jí)向下排放，形成邊坡多級(jí)自動(dòng)排水系統(tǒng)。同時(shí)在各個(gè)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，特別是自第二級(jí)(由上至下)臺(tái)階及其以下各自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱3上設(shè)置一溢流管，確保上一級(jí)排水管19排出的水注滿該儲(chǔ)水箱3后，通過(guò)溢流管流向設(shè)定的最終儲(chǔ)水地點(diǎn)。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，由儲(chǔ)能裝置、觸發(fā)裝置及排水裝置組成；所述的儲(chǔ)能裝置由儲(chǔ)水箱(3)、蓄能箱(4)、出水管(11)、水箱連通管(17)、止水塞(10)組成；所述的觸發(fā)裝置由懸浮筒(20)、剛性浮筒桿(13)、導(dǎo)向筒(15)、彈性連接繩(12)、限位螺母(14)、導(dǎo)向桿(7)、浮球(8)、剛性壓桿(9)組成；所述的排水裝置由抽水管(23)、單向閥(16)、排水管(19)組成； 其特征在于儲(chǔ)水箱(3)與蓄能箱(4)由水箱連通管(17)相連； 懸浮筒(20)位于邊坡的匯水孔(22)內(nèi)，剛性浮筒桿(13)垂直穿過(guò)導(dǎo)向筒(15)，位于導(dǎo)向筒(15)上方的剛性浮筒桿(13)上端裝有浮筒桿限位螺母(14)，剛性浮筒桿(13)頂端與彈性連接繩(12) —端相連，其底端與懸浮筒(20)相連；彈性連接繩(12)另一端與活動(dòng)連接于出水管(11)頂端管口處的止水塞(10)相連，其中出水管(11)位于蓄能箱(4)底面；浮球(8)為一軸心具有上下貫通通孔的密閉體，一空心的剛性壓桿(9)頂端固定于浮球(8)的通孔底端；蓄能箱(4)內(nèi)側(cè)頂面豎直安裝有導(dǎo)向桿(7)，導(dǎo)向桿(7)直徑小于浮球(8)通孔及剛性壓桿(9)的內(nèi)徑，由上至下依次穿過(guò)浮球通孔和剛性壓桿，浮球(8)通孔及剛性壓桿(9 )可沿導(dǎo)向桿(7 )上下浮動(dòng)；其中，導(dǎo)向桿(7 )、浮球(8 )、剛性壓桿(9 )、止水塞(10 )、以及出水管(11)的軸線重合，出水管(11)底端管口與排水管(19)連通； 抽水管(23) —端通過(guò)單向閥(16)與排水管(19)相連，另一端插入?yún)R水孔(22)內(nèi)部；單向閥(16)控制水流方向由抽水管(23)流向排水管(19);所述的排水管(19)出水口的高度低于抽水管(23)入水口的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于所述的出水管(11)管徑為水箱連通管(17)管徑的3倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于在蓄能箱(4)側(cè)面安裝有進(jìn)氣管(5)，進(jìn)氣管(5)的進(jìn)氣管口高度與儲(chǔ)水箱(3)箱頂高度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于在蓄能箱(4)內(nèi)浮球(8)的上方設(shè)置一限位卡(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于剛性壓桿(9)的重力與浮球(8)的重力之和小于浮球(8)在水中所受的浮力；懸浮筒(20)與剛性浮筒桿(13)的重力之和小于懸浮筒(20)在水中所受的浮力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于所述的彈性連接繩(12)為柔性繩，其長(zhǎng)度為當(dāng)剛性浮筒桿(13)的懸浮筒(20)達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位時(shí)，彈性連接繩(12)恰好將止水塞(10)拉起；在止水塞(10)打開時(shí)，其聚集的彈性能釋放，促使止水塞(10)打開。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于所述止水塞(10)上表面為平面，下表面為拋物線曲面形；當(dāng)止水塞(10)處于閉合狀態(tài)時(shí)，拋物線形曲面與圓形出水管(11)管口吻合。
8.一種多級(jí)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述多級(jí)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)由多個(gè)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)組成，所述多個(gè)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)位于邊坡的不同臺(tái)階上，上一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的排水管(19)排水口與下一級(jí)臺(tái)階的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱(3)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多級(jí)邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，第二級(jí)臺(tái)階及其以下的各個(gè)自動(dòng)排水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱(3)設(shè)置有溢流管。
10.一種利用如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行邊坡自動(dòng)排水方法，其特征在于，該自動(dòng)排水方法包括如下步驟 步驟一、在儲(chǔ)能箱(4)內(nèi)充滿水； 步驟二、匯水孔(22)液面持續(xù)上升并達(dá)到懸浮筒(20)位置，懸浮筒(20)及與其相連的剛性浮筒桿(13) 一起向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)處于松弛狀態(tài)的彈性連接繩(12)逐漸繃緊； 步驟三、匯水孔(22)液面繼續(xù)上升，當(dāng)所述匯水鉆孔(22)內(nèi)的液面達(dá)到自動(dòng)排水啟動(dòng)水位(21)時(shí)，剛性浮筒桿(13)帶動(dòng)彈性連接繩(12)將止水塞(10)打開； 步驟四、止水塞(10)打開后，蓄能箱(4)中的水流出出水管(11)并流向排水管(19)出水口，同時(shí)儲(chǔ)水箱(3)中的水通過(guò)水箱連通管(17)流入蓄能箱(4)進(jìn)行水補(bǔ)給，其中蓄能箱(4)的出水量大于自儲(chǔ)水箱(3)中的入水量； 步驟五、當(dāng)排水管(19)出水口的水頭位置低于匯水孔(22)內(nèi)液面的高度時(shí)，儲(chǔ)能箱(4)內(nèi)液面位于浮球(8)下方，浮球(8)及其下部的剛性壓桿(9)向下壓迫止水塞(10)關(guān)閉，使出水管(11)上端密閉； 步驟六、止水塞(10)關(guān)閉后，儲(chǔ)水箱(3)中的水繼續(xù)通過(guò)水箱連通管(17)流入蓄能箱(4)進(jìn)行水補(bǔ)給，直至蓄能箱(4)再次注滿；同時(shí)，匯水孔(22)內(nèi)的水依次通過(guò)抽水管(23)、單向閥(16)和排水管(19)排出，直至匯水孔(22)內(nèi)的液面低于排水管(19)出口的位置，邊坡疏水結(jié)束； 步驟七、重復(fù)執(zhí)行步驟二 _步驟六。
全文摘要
本發(fā)明提出一種邊坡自動(dòng)排水系統(tǒng)，由儲(chǔ)能裝置、觸發(fā)裝置及排水裝置組成。儲(chǔ)能裝置由儲(chǔ)水箱、蓄能箱、出水管、止水塞等組成；觸發(fā)裝置由懸浮筒、剛性浮筒桿、導(dǎo)向筒、彈性連接繩、導(dǎo)向桿、浮球、剛性壓桿等組成；排水裝置由抽水管、排水管等組成。系統(tǒng)放置于邊坡臺(tái)階的匯水孔上部，當(dāng)匯水孔內(nèi)水位達(dá)到設(shè)計(jì)的自動(dòng)排水啟動(dòng)水位時(shí)，觸發(fā)裝置啟動(dòng)，止水塞打開，儲(chǔ)能箱內(nèi)蓄水流入排水管，當(dāng)儲(chǔ)水充滿排水管且止水塞閉合時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，匯水孔內(nèi)的積水通過(guò)抽水管、排水管排至邊坡下部。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需電能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源、無(wú)精密元器件和易損件，對(duì)野外各種邊坡疏水勻有良好適應(yīng)性，并且疏水施工、管理簡(jiǎn)單，成本低、排水效果好。
文檔編號(hào)E02D17/20GK102966090SQ20121054388
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者韓斌, 吳愛(ài)祥, 胡凱建, 韓思愉, 王貽明, 王洪江, 尹升華, 儀海豹, 于少峰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)