一種邊坡快速滲排水及自加固裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種土體快速滲排水的裝置及其方法，尤其是能加速雨后邊坡工程快速滲排水及自加固的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)南方地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育，嚴(yán)重?fù)p害人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，科學(xué)研宄表面降雨是誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。降雨及雨后持續(xù)的雨水滲透將促使土體含水量增大、抗剪強(qiáng)度衰減，致使坡體安全系數(shù)降低，甚至引發(fā)坡體失穩(wěn)等安全問(wèn)題。正因如此，在邊坡工程防護(hù)領(lǐng)域，工程技術(shù)人員往往設(shè)置必要的排水設(shè)施用于快速排出地表水或降低地下水水位，以減小雨水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)排水方式不同，可將排水設(shè)施分為地表排水設(shè)施和地下水排水設(shè)施。地表排水設(shè)施主要包括截水溝、跌水與急流槽、邊溝、排水溝、噴射混凝土護(hù)面和空心磚植草護(hù)面等形式，構(gòu)造簡(jiǎn)單、排水效果良好；邊坡地下排水設(shè)施主要包括明溝、暗溝、滲溝、排水盲溝、坡體疏干孔(平孔)、排水井、擋土墻背排水等，不同形式間排水效果差異較大，但排水機(jī)理基本相同，均依靠地下水自然滲流排泄，速度慢、排水歷程長(zhǎng)是其共同缺點(diǎn)。
[0003]眾所周知，坡體處于高飽和度的時(shí)間越長(zhǎng)，越不利于其自身的穩(wěn)定性，失穩(wěn)破壞的風(fēng)險(xiǎn)也越大。根據(jù)電化學(xué)原理，在直流電作用下，土體中的水具有向陰極流動(dòng)的趨勢(shì)，電滲排水速度明顯大于自然排水，且電滲過(guò)程中會(huì)因電解而形成Fe3+、Al2+、Ca2+、Mg2+等離子，上述陽(yáng)離子與電解產(chǎn)生的0H_離子結(jié)合可形成膠結(jié)物質(zhì)會(huì)增強(qiáng)土體強(qiáng)度，有利于邊坡穩(wěn)定。因此，將上述方法運(yùn)用于雨后邊坡防護(hù)工程。一方面可促進(jìn)邊坡快速滲排水，另一方面可實(shí)現(xiàn)邊坡在排水過(guò)程中加速固結(jié)、提高穩(wěn)定性。前述方法只有在通電的情況下方可實(shí)現(xiàn)，然而多數(shù)邊坡防護(hù)工程(如高速公路路塹邊坡)處于野外偏僻區(qū)域，不具備常規(guī)電網(wǎng)供電條件。因此，本發(fā)明綜合相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用區(qū)域條件，提出由陣列太陽(yáng)能電池板提供電能的方案。該發(fā)明在加速邊坡土體快速滲排水的同時(shí)，能夠促使邊坡土體進(jìn)一步“固結(jié)增強(qiáng)”，對(duì)邊坡防護(hù)工程具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有邊坡防護(hù)工程地下水排水設(shè)施效果差、排水速度慢等不足，本發(fā)明目的在于提供一種邊坡快速滲排水及自加固裝置及其方法，該裝置及其方法由太陽(yáng)能陣列電池板供電，通過(guò)分設(shè)于坡頂?shù)年?yáng)極鐵棒和分設(shè)于坡腳的陰極金屬網(wǎng)使坡體形成一個(gè)獨(dú)特的電解池，既能加速坡體內(nèi)部雨水向坡腳滲透，又能促進(jìn)坡體內(nèi)部進(jìn)一步固結(jié)增強(qiáng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，加速邊坡土體快速滲排水，并在滲排水過(guò)程中促使土體進(jìn)一步固結(jié)增強(qiáng)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種邊坡快速滲排水及自加固裝置，其特征在于:在邊坡土體的頂端用鐵質(zhì)金屬棒作為陽(yáng)電極，在邊坡土體的腳端用防銹金屬網(wǎng)作為陰電極；
陣列太陽(yáng)能電池板及固定端或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)位于邊坡的外表面； 所述陣列太陽(yáng)能電池板及固定端或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)、鐵質(zhì)金屬棒、鐵質(zhì)金屬棒通過(guò)電流導(dǎo)線I與變配電箱連接；
排水管位于防銹金屬網(wǎng)的下方。
[0006]所述變配電箱它包括有蓄電池、變壓器、自動(dòng)控制器，蓄電池通過(guò)電流導(dǎo)線II與變壓器連接，變壓器與自動(dòng)控制器連接。
[0007]所述陣列太陽(yáng)能電池板及固定端中的太陽(yáng)能電池板采用吸能材料。
[0008]所述吸能材料采用多晶硅、單晶硅或薄膜中的一種。
[0009]一種邊坡快速滲排水及自加固方法，在邊坡土體兩端施加直流電壓后，土中水在電場(chǎng)作用下會(huì)被拖拽向陰極方向移動(dòng)，將主動(dòng)設(shè)置的陰電極成為土體內(nèi)部水流的匯集點(diǎn)，與設(shè)置的陰電極和排水管相配合，形成暢通的排水通道；
埋設(shè)于坡體頂部的鐵質(zhì)金屬棒連接變壓器陽(yáng)極，埋設(shè)于坡腳的防銹金屬網(wǎng)連接變壓器陰極，陰陽(yáng)極連同含水的邊坡土體共同組成電解池；所述陣列太陽(yáng)能電池板與配電箱經(jīng)由電流導(dǎo)線連接，無(wú)滲流狀態(tài)下太陽(yáng)能電池板發(fā)電，并由蓄電池儲(chǔ)存；降雨及雨后，雨水經(jīng)邊坡工程坡面滲流進(jìn)入邊坡土體后，自動(dòng)控制器啟動(dòng)，蓄電池內(nèi)電能經(jīng)由變壓器調(diào)節(jié)，電解池通電；所述防銹金屬網(wǎng)配合設(shè)置的排水管將雨水排出坡體；所述鐵質(zhì)金屬棒在電解過(guò)程中產(chǎn)生Fe3+向陰極移動(dòng)，并與OH _反應(yīng)生成Fe (OH) 3膠體、并沉積；陰極附近土體中的Ca 2+、Al3+、Mg2+和OH -結(jié)合形成Ca (OH) 2、Al (OH) 3、Mg (OH) 2等沉淀物，隨著膠體形成，土體密實(shí)度增大、抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步提高，邊坡土體會(huì)達(dá)到自我加固的效果。
[0010]該方法與裝置的技術(shù)原理是:在土體兩端施加直流電壓后，土中水在電場(chǎng)作用下會(huì)被拖拽向陰極方向移動(dòng)，將主動(dòng)設(shè)置的陰電極成為土體內(nèi)部水流的匯集點(diǎn)，與特殊設(shè)置的陰電極和排水管相配合，可形成暢通的排水通道。另外，將鐵質(zhì)材料用做陽(yáng)電極，則可產(chǎn)生另外一種加固的效果。電滲降水過(guò)程中陽(yáng)極的Fe原子離解形成Fe3+向陰極移動(dòng)和陰極產(chǎn)生的0H_向陽(yáng)極移動(dòng)相遇生成紅褐色的Fe (OH)JK體在陽(yáng)極附近使土體密實(shí)度加強(qiáng)，陰極附近土體中的Ca2+、Al3+、Mg2+和OH -結(jié)合形成Ca (OH) 2、Al (OH) 3、Mg (OH) 2等沉淀物，隨著膠體形成，土體密實(shí)度增大、抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
[0011]發(fā)明的有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)如下有益效果:
(1)天氣晴朗狀態(tài)下，太陽(yáng)能電池板開(kāi)始工作，吸收光能，把光能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電池中，既節(jié)約能源，降低成本，又綠色環(huán)保；
(2)降雨入滲過(guò)程中，一旦雨水滲入土體，電解池自動(dòng)通電，直流電驅(qū)動(dòng)下，土體內(nèi)部雨水快速向坡腳滲流，實(shí)現(xiàn)快速滲排水；
(3)電解過(guò)程中，經(jīng)化學(xué)作用生成的Fe(OH)JK結(jié)物填充邊坡結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙，能起到加強(qiáng)土粒間粘著力和填充孔隙的作用，使邊坡土體密實(shí)度增加、抗剪強(qiáng)度增大，并降低其透水性，加固效果顯著；