本发明属于滑坡灾害防治技术领域，具体涉及一种排出边坡地下水的系统及方法，本发明适用于控制边坡地下水位上升幅度的需要，尤其适用于坡体变形主要受地下水位变化影响的边坡排水，达到防止滑坡灾害发生目的。
背景技术：
大量滑坡是因为降雨入渗引起坡体地下水位上升而诱发的。坡体地下水位上升是一个降雨入渗的积累过程，采取持续有效的排水措施，实时排出入渗坡体的地下水，可以减少大量滑坡灾害的发生。
当前边坡的主要排水措施有：地表排水沟和排水盲沟、集水井抽水、水平排水孔、地下排水洞等。地表排水沟和排水盲沟等地表排水措施，其排水的有效性难以保证；集水井抽水需要动力和经常性管理，能源消耗大，使用成本高；水平排水孔因倾角小，自然排水过程中容易发生堵塞，影响排水措施的长期有效性；地下排水洞施工周期长、工艺复杂、费用高。至今缺乏吸排边坡地下水的方法，探索经济高效的边坡排水新技术仍是当务之急。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有边坡排水技术的不足，提供一种持续有效的边坡地下水钻孔自启动负压排水系统及方法，以解决坡体地下水位过度上升诱发滑坡灾害问题。本发明系统不仅能够实时高效地排出边坡深部的地下水，而且无需经常性后期维护。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种边坡地下水钻孔自启动负压排水系统，该系统包括下倾钻孔、管靴、透水管和排水管；所述钻孔划分为透水钻孔段和注浆封闭钻孔段，透水钻孔段位于钻孔的下部，注浆封闭钻孔段位于钻孔的上部，透水钻孔段和注浆封闭钻孔段之间设置遇水膨胀橡胶止水环；所述透水钻孔段包括透水管和安装在透水管底部的管靴，透水管的顶部接触遇水膨胀橡胶止水环，透水管内形成空腔，粗砂碎石等大颗粒被阻止进入空腔，地下水可以通过透水管渗入空腔；所述排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环后，插入透水管内，排水管的出水口位于边坡下部，且出水口的高程低于钻孔的孔底高程；所述注浆封闭钻孔段的排水管和孔壁之间空隙由水泥砂浆充填，隔断地表与透水钻孔段空腔之间的水气联系；所述排水管的排水能力大于坡体地下水入渗到透水钻孔段的空腔内的流量。
进一步地，所述钻孔的孔径大于90mm。
进一步地，所述透水管采用外织滤布、内撑hdpe的打孔波纹管，所述管靴采用底部密封、顶部开口的hdpe管，所述排水管采用管径为4～8mm的pa管。
一种边坡地下水钻孔自启动负压排水方法，该方法包括：
(1)通过边坡工程地质条件调查，分析边坡地下水位埋深及需要控制的地下水位线，打设下倾的排水钻孔进入边坡安全地下水位线以下；
(2)截取透水管的长度为透水钻孔段的长度，将透水管的底部插入管靴中固定，在透水管顶部放置遇水膨胀橡胶止水环，排水管的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环后，插入透水管内；
(3)将所述管靴、透水管、遇水膨胀橡胶止水环和排水管一起插入到透水钻孔段，排水管的出水口位于边坡下部，且出水口的高程低于钻孔的孔底高程；
(4)待遇水膨胀橡胶止水环充分膨胀后，在注浆封闭钻孔段的排水管和孔壁之间空隙充填水泥砂浆；
(5)坡体内的地下水位上升引起排水管进水口的水头高度大于钻孔的孔口高程时，透水钻孔段内的地下水就会在水头差的作用下由排水管排出，排水过程发生，虹吸作用会引起空腔内产生负压，使坡体内的地下水加速流向空腔内，排干坡体及空腔内的地下水时，排水管的进水口会进入空气，排水管的吸排作用消失，一次排水过程结束；随着降雨入渗的循环发生，排水过程循环进行。
本发明的有益效果主要表现在：
1、可实现边坡深部实时性持续排水，解决大型滑坡的排水治理问题，确保维持边坡稳定的工程造价低；
2、治理过程不涉及大规模土石方开挖，治理工程实施过程操作简单易行；
3、排水措施的可靠性好，适用性强，排水过程无需动力和经常性的管理维护；
4、各排水孔可独立建设、独立工作，便于边坡不同部位实施，建设选点容易，各部位可同时施工，排水系统建设速度快；
5、排水过程中，虹吸作用在透水钻孔段内形成负压，迫使坡体地下水快速流向钻孔并排出地表；
6、间歇性抽吸排水可以带出钻孔内细小土颗粒，防止孔内淤积。
附图说明
图1为本发明的边坡地下水钻孔自启动负压排水系统的结构示意图；
图中：钻孔1、水泥砂浆2、遇水膨胀橡胶止水环3、透水管4、管靴5、透水钻孔段6、注浆封闭钻孔段7、排水管8、出水口9、坡面10、地下水位线11。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种边坡地下水钻孔自启动负压排水系统，该系统包括下倾钻孔1、管靴5、透水管4和排水管8；所述钻孔1划分为透水钻孔段6和注浆封闭钻孔段7，透水钻孔段6位于钻孔1的下部，注浆封闭钻孔段7位于钻孔1的上部，透水钻孔段6和注浆封闭钻孔段7之间设置遇水膨胀橡胶止水环3；所述透水钻孔段6包括透水管4和安装在透水管底部的管靴5，透水管4的顶部接触遇水膨胀橡胶止水环3，透水管4内形成空腔，粗砂碎石等大颗粒被阻止进入空腔，地下水可以通过透水管4渗入空腔；所述排水管8的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环3后，插入透水管4内，排水管8的出水口9位于边坡的下部，且出水口9的高程低于钻孔1的孔底高程；所述注浆封闭钻孔段7的排水管8和孔壁之间空隙由水泥砂浆2充填，隔断地表与透水钻孔段6空腔之间的水气联系；所述遇水膨胀橡胶止水环3确保注浆封闭钻孔段7注浆过程中的水泥砂浆2不进入透水钻孔段6的空腔内；所述排水管8的排水能力(最大排水流量)q2应大于坡体10地下水入渗到透水钻孔段6的空腔内的流量q1，使排水过程中在空腔内形成负压，达到抽吸钻孔周边的地下水，实现高效排水；q1可按式(1)进行估算，q2可按式(2)进行估算。
其中：k0为岩土体渗透系数，h0为透水钻孔段长度，hω为排水后钻孔内水面以下钻孔段的长度，r为影响半径，rω为排水钻孔的半径。
其中：δh为进水口与出水口的水头差，ζ为排水管的局部阻力系数，λ为排水管的沿程阻力系数，l和d分别为排水管的管长及内径。
所述注浆封闭钻孔段7长度应满足遇水膨胀橡胶止水环3处于控制边坡地下水位线11以下，并同时根据岩土体的渗透系数确定：岩土体渗透系数大于1m/d时，取注浆封闭钻孔段7长度大于10m；岩土体渗透系数为1m/d～10-1m/d时，取注浆封闭钻孔段7长度6～10m；岩土体渗透系数为10-1m/d～10-2m/d时，取注浆封闭钻孔段7长度3～6m；渗透系数为小于10-2m/d时，取注浆封闭钻孔段7长度3m。
此外，所述钻孔1的孔径应大于90mm，所述透水管4可采用外织滤布、内撑hdpe的打孔波纹管，所述管靴5可采用底部密封、顶部开口的hdpe管，所述排水管8可采用管径为4～8mm的pa管，排水管8具有良好的气密性，用于在坡体地下水位抬升引起空腔内水头高度大于钻孔的孔口高程时自然启动排水，实时排出坡体内的地下水，控制边坡地下水在安全水位线以下。
本实施例还提供一种利用上述系统的边坡地下水钻孔自启动负压排水系统，该方法包括：
(1)通过边坡工程地质条件调查，分析边坡地下水位埋深及需要控制的地下水位线，打设下倾的排水钻孔1进入边坡安全地下水位线11以下；所述钻孔1可以在坡面不同位置打设，根据边坡岩土体类型、坡度、边坡区域降雨特征及施工方法等因素确定；
(2)截取透水管4的长度为透水钻孔段6的长度，将透水管4的底部插入管靴5中固定，在透水管4顶部放置遇水膨胀橡胶止水环3，排水管8的进水口穿过遇水膨胀橡胶止水环3后，插入透水管4内；
(3)将所述管靴5、透水管4、遇水膨胀橡胶止水环3和排水管8一起插入到透水钻孔段6，排水管8的出水口9位于边坡下部，且出水口9高程低于钻孔1的孔底高程；
(4)待遇水膨胀橡胶止水环3充分膨胀后，在注浆封闭钻孔段7的排水管8和孔壁之间空隙充填水泥砂浆2；
(5)坡体内的地下水位上升引起排水管进水口的水头高度大于钻孔1的孔口高程时，透水钻孔段内6的地下水就会在水头差的作用下由排水管8排出，排水过程发生，由于排水管8的排水能力大于透水钻孔段6地下水入渗流量，排水过程中的虹吸作用会引起空腔内产生负压，使坡体内的地下水加速流向空腔内，排干坡体及空腔内的地下水时，排水管8的进水口会进入空气，排水管8的吸排作用消失，一次排水过程结束；随着降雨入渗的循环发生，排水过程循环进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等效替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。