[发明专利]利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比的系统及控制评价方法

说明书

本发明涉及一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比的系统及控制评价方法。系统包括导电碳纤维网、若干充气气囊、表层温度传感器、内置温度传感器、主控电脑、电源和底部温度传感器，充气气囊设置在导电碳纤维网上，导电碳纤维网、表层温度传感器、内置温度传感器、底部温度传感器与主控电脑连接，主控电脑和电源连接。本发明提供的主动调节冻土贯通孔隙比的碳纤维结构系统能在主控电脑控制下使柔性充气气囊膨胀展开从而填充进土基孔隙中，降低冻土的贯通孔隙比，从而改善冻土热平衡，具有实际应用价值。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比系统及控制评价方法。

背景技术

冻土在我国分布较广泛，北方地区普遍处于季节冻土区域。在青藏高原地区，更是存在着由于海拔引起的高原多年冻土区。随着人类活动不断增加和全球变暖现象，多年冻土的退化、热融湖塘的出现、生态系统的退化、冻融灾害的频发一直是研究人员和工程技术人员重点关心的问题。

多年冻土的退化，从物理角度是因为地表吸收的热能小于辐射的热能，从而导致冻土的热稳定失衡，引起冻结深度的不断下降。在多种传热方式中对流、辐射和传导是三种主要的影响因素，为此，研究人员尝试了遮阳棚、遮阳板等方式降低热辐射的入射，采取了热棒的方式降低热传导的入侵，采取通风基础的方式降低热对流的影响，取得了较好的工程应用效果。

然而，已有方法主要针对路基的宏观构造施加的温控措施，对通过改善路基冻土微结构进而改善冻土热平衡的技术方案研究较少，工程应用的案例更是少见。

为此，结合工程材料技术的发展和施工能力的现状，提出一种可以从微观结构上调控冻土贯通孔隙率从而主动控制冻土温度改变趋势的技术方法，利用这种方法进一步增强对路基的温控能力，对保护多年冻土地区的生态环境，具有实际应用的价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比的系统，以提高冻土区域路基和基础防灾减灾能力。

本发明的另一目的在于提供一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比系统的控制方法。

本发明的再一目的在于提供一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比系统的评价方法。

欲达上述目标，本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比的系统，包括：导电碳纤维网、充气气囊、表层温度传感器、内置温度传感器、主控电脑、电源和底部温度传感器，导电碳纤维网置入冻土层，表层温度传感器设置于地表，测量地表土体温度；内置温度传感器设置于地下导电碳纤维网位置，测量导电碳纤维网及周围土体温度；底部温度传感器设置于导电碳纤维网下方，用于测量该位置土体温度；充气气囊为自封闭针状柔性体，其内预充氨气，其膨胀系数最大，其一端连接于导电碳纤维网另一端可自由伸展；导电碳纤维网、表层温度传感器、内置温度传感器和底部温度传感器与主控电脑连接，主控电脑和电源连接。

本发明利用充气气囊调节冻土贯通孔隙比系统的控制方法，按顺序执行的下列步骤：

1）采集内表层温度传感器读数的S1阶段：在此阶段中，系统通电，主控电脑获得表层温度传感器、内置温度传感器的读数，然后进入S2阶段；

2）判断是否打开气囊的S2阶段：在此阶段中，主控电脑根据表层温度传感器、内置温度传感器的读数判断是否为导电碳纤维网通电，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；如果判断结果为“否”，则返回S1阶段；

3）打开气囊的S3阶段：在此阶段中，导电碳纤维网通电后发热，充气气囊受热膨胀，在土体中自由伸展，填充内部孔隙，然后进入S4阶段；

4）判断是否停止供电的S4阶段：在此阶段中，主控电脑根据表层温度传感器、内置温度传感器的读数判断是否停止为导电碳纤维网通电，如果判断结果为“是”，则返回S1阶段；否则返回S3阶段；