第1章 绪论 1
1.1 斜坡排水意义与面临困难 1
1.2 虹吸原理 3
1.3 虹吸排水的优势 5
1.4 斜坡虹吸排水发展现状 7
第2章 虹吸过程气泡产生原因与流态特征模型试验 10
2.1 虹吸过程气泡形成原因与特点 10
2.2 虹吸下水管段气泡运动特征 12
2.3 气液两相流型 14
2.3.1 上水管中的流动型式 14
2.3.2 下水管中的流动型式 16
2.3.3 n形弯管段流动型式 16
2.3.4 流型的过渡及其与管径的关系 17
2.4 不同管径虹吸流态模型试验 19
2.4.1 试验装置及虹吸基本特征 19
2.4.2 虹吸管顶部流态特征 20
2.4.3 虹吸管内气泡的兼并与积累 23
2.4.4 形成段塞流的管径条件 24
第3章 不同虹吸管径流态特征数值模拟 27
3.1 计算模型及边界条件 27
3.2 数值计算方法 28
3.2.1 二维瞬态问题方程离散方法 28
3.2.2 表面张力和壁面黏附离散方法 30
3.2.3 体积分数连续性方程与动量方程 32
3.2.4 RNG k-ε湍流模型 32
3.3 数值模拟结果分析 33
3.3.1 虹吸管径8mm流态模拟 33
3.3.2 虹吸管径4～6mm流型数值模拟 36
第4章 形成段塞流临界管径理论分析 39
4.1 水中最大稳定气泡直径分析 40
4.1.1 分析计算模型 40
4.1.2 液面的能量法推导 41
4.1.3 气泡极限大小与临界管径的关系 45
4.2 虹吸越过管顶点段塞流临界管径分析 46
4.2.1 分析计算模型 46
4.2.2 弯管液面的能量法推导 47
4.2.3 避免出现贴壁流态的管径选择 50
第5章 停流期虹吸管空气积累问题 52
5.1 停流期虹吸管空气积累原因 52
5.2 停流期虹吸管空气积累试验 53
5.2.1 管径8mm PU虹吸管顶部空气积累 53
5.2.2 细管径PU虹吸管顶空气积累试验 54
5.2.3 细管径虹吸管气泡上升过程 56
5.3 虹吸管壁空气渗入理论分析 57
5.4 定温条件下管端空气溶入扩散速率的计算 61
5.5 管内水中空气析出 64
5.5.1 虹吸管内压力减少引起空气析出 64
5.5.2 温度变化引起空气析出 65
第6章 斜坡虹吸排水效果有限元模拟 70
6.1 地下水渗流理论 70
6.1.1 渗流基本概念 70
6.1.2 达西定律 71
6.1.3 渗流连续方程 72
6.1.4 潜水运动微分方程 73
6.1.5 地下水运动定解条件 74
6.2 斜坡虹吸排水有限元模拟方法 75
6.2.1 有限元计算模型 75
6.2.2 虹吸排水系统模拟方法 76
6.2.3 验证虹吸排水系统模拟方法的合理性 78
6.3 斜坡虹吸排水效果数值分析 80
6.3.1 斜坡自然渗流场 80
6.3.2 虹吸排水作用后的斜坡渗流场 81
6.4 虹吸排水效果的影响因素研究 82
6.4.1 排水孔位置对排水效果的影响 82
6.4.2 排水孔的间距对排水效果的影响 84
6.4.3 排水孔倾斜角度对排水效果的影响 85
第7章 斜坡虹吸排水系统建设 87
7.1 虹吸排水孔布置 87
7.1.1 钻孔倾角和孔深 87
7.1.2 虹吸排水孔数量 88
7.1.3 虹吸排水孔间距选择 90
7.1.4 虹吸排水孔的平面布置 94
7.2 虹吸排水流量 97
7.2.1 管流水力特性 97
7.2.2 虹吸流速试验测试 98
7.2.3 虹吸孔需要的排水能力 101
7.3 虹吸启动方法 101
7.3.1 出水口抽水启动虹吸 101
7.3.2 出水口逆向压水启动虹吸 102
7.3.3 U形管逆向灌水启动虹吸 103
7.4 虹吸排水检测 103
7.4.1 虹吸排水孔的孔口与孔底高差检测 103
7.4.2 单孔流量检测及排水总流量监测 104
7.4.3 斜坡地下水位监测 105
7.5 钻孔和透水管及虹吸管 106
7.6 虹吸系统布置其他注意事项 109
第8章 斜坡虹吸排水应用工程实例 111
8.1 斜坡地质环境条件 111
8.1.1 自然地理 112
8.1.2 工程地质条件及滑坡成因 112
8.2 斜坡虹吸排水系统建设 113
8.2.1 倾斜虹吸排水孔钻探 114
8.2.2 透水管与排水管制作安装 115
8.2.3 引导初始虹吸 116
8.2.4 修建集水槽进行流量监测 116
8.3 斜坡虹吸排水效果监测 118
8.3.1 斜坡地下水位监测孔 118
8.3.2 斜坡表面变形监测系统 120
8.4 斜坡虹吸排水效果 121
8.4.1 降雨过程监测结果 121
8.4.2 虹吸排水监测结果 122
8.4.3 钻孔地下水位监测结果 123
8.4.4 钻孔地下水位与虹吸排水流量变化关系 124
8.4.5 排水效果 127
第9章 结语 128
参考文献 130
附录A 斜坡虹吸排水技术指南 133
A1 斜坡工程地质 133
A1.1 斜坡工程地质条件调查 133
A1.2 水文地质调查与测试 136
A1.3 土的水理性质指标经验值 139
A1.4 滑坡及其稳定性影响因素 140
A2 虹吸管空气积累原因与控制 145
A2.1 斜坡虹吸特点与气泡产生原因 145
A2.2 虹吸管内气泡运动 147
A2.3 选择合理管径避免气泡积累 150
A2.4 虹吸管材选择 154
A3 虹吸排水系统设计 156
A3.1 虹吸排水孔布置 156
A3.2 斜坡虹吸排水基本要求 158
A3.3 虹吸排水孔间距 159
A3.4 虹吸排水流量计算 163
A4 虹吸排水系统建设 166
A4.1 孔底储水管靴与透水管 166
A4.2 钻孔施工与高差检测 168
A4.3 虹吸排水系统安装 169
A4.4 虹吸启动方法 171
A4.5 虹吸系统布置其他要求 173
A5 虹吸排水效果检测与建设工程验收 175
A5.1 虹吸流量监测 175
A5.2 降雨量和地下水位监测 177
A5.3 斜坡变形监测 178
A5.4 质量检查与验收 179