[發明專利]利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比的系統及控制評價方法

有效

• 申請號: 201711018736.1
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107747263B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉國光;牛富俊;林戰舉;尹國安
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
• 主分類號: E01C3/04
• 分類號: E01C3/04;E02D3/11;E02D1/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

本發明涉及一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比的系統及控制評價方法。系統包括導電碳纖維網、若干充氣氣囊、表層溫度傳感器、內置溫度傳感器、主控電腦、電源和底部溫度傳感器，充氣氣囊設置在導電碳纖維網上，導電碳纖維網、表層溫度傳感器、內置溫度傳感器、底部溫度傳感器與主控電腦連接，主控電腦和電源連接。本發明提供的主動調節凍土貫通孔隙比的碳纖維結構系統能在主控電腦控制下使柔性充氣氣囊膨脹展開從而填充進土基孔隙中，降低凍土的貫通孔隙比，從而改善凍土熱平衡，具有實際應用價值。

技術領域

本發明屬于巖土工程技術領域，特別是涉及一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比系統及控制評價方法。

背景技術

凍土在我國分布較廣泛，北方地區普遍處于季節凍土區域。在青藏高原地區，更是存在著由于海拔引起的高原多年凍土區。隨著人類活動不斷增加和全球變暖現象，多年凍土的退化、熱融湖塘的出現、生態系統的退化、凍融災害的頻發一直是研究人員和工程技術人員重點關心的問題。

多年凍土的退化，從物理角度是因為地表吸收的熱能小于輻射的熱能，從而導致凍土的熱穩定失衡，引起凍結深度的不斷下降。在多種傳熱方式中對流、輻射和傳導是三種主要的影響因素，為此，研究人員嘗試了遮陽棚、遮陽板等方式降低熱輻射的入射，采取了熱棒的方式降低熱傳導的入侵，采取通風基礎的方式降低熱對流的影響，取得了較好的工程應用效果。

然而，已有方法主要針對路基的宏觀構造施加的溫控措施，對通過改善路基凍土微結構進而改善凍土熱平衡的技術方案研究較少，工程應用的案例更是少見。

為此，結合工程材料技術的發展和施工能力的現狀，提出一種可以從微觀結構上調控凍土貫通孔隙率從而主動控制凍土溫度改變趨勢的技術方法，利用這種方法進一步增強對路基的溫控能力，對保護多年凍土地區的生態環境，具有實際應用的價值。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比的系統，以提高凍土區域路基和基礎防災減災能力。

本發明的另一目的在于提供一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比系統的控制方法。

本發明的再一目的在于提供一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比系統的評價方法。

欲達上述目標，本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比的系統，包括：導電碳纖維網、充氣氣囊、表層溫度傳感器、內置溫度傳感器、主控電腦、電源和底部溫度傳感器，導電碳纖維網置入凍土層，表層溫度傳感器設置于地表，測量地表土體溫度；內置溫度傳感器設置于地下導電碳纖維網位置，測量導電碳纖維網及周圍土體溫度；底部溫度傳感器設置于導電碳纖維網下方，用于測量該位置土體溫度；充氣氣囊為自封閉針狀柔性體，其內預充氨氣，其膨脹系數最大，其一端連接于導電碳纖維網另一端可自由伸展；導電碳纖維網、表層溫度傳感器、內置溫度傳感器和底部溫度傳感器與主控電腦連接，主控電腦和電源連接。

本發明利用充氣氣囊調節凍土貫通孔隙比系統的控制方法，按順序執行的下列步驟：

1）采集內表層溫度傳感器讀數的S1階段：在此階段中，系統通電，主控電腦獲得表層溫度傳感器、內置溫度傳感器的讀數，然后進入S2階段；

2）判斷是否打開氣囊的S2階段：在此階段中，主控電腦根據表層溫度傳感器、內置溫度傳感器的讀數判斷是否為導電碳纖維網通電，如果判斷結果為“是”，則進入S3階段；如果判斷結果為“否”，則返回S1階段；

3）打開氣囊的S3階段：在此階段中，導電碳纖維網通電后發熱，充氣氣囊受熱膨脹，在土體中自由伸展，填充內部孔隙，然后進入S4階段；

4）判斷是否停止供電的S4階段：在此階段中，主控電腦根據表層溫度傳感器、內置溫度傳感器的讀數判斷是否停止為導電碳纖維網通電，如果判斷結果為“是”，則返回S1階段；否則返回S3階段；