一种提高并保护土体温度的盖层结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种提高并保护土体温度的盖层结构，该盖层结构包括透光保温层（1）和设在其底面的透光单面反射层（2）；所述透光保温层（1）内部具有多层隔室，隔室内部充满空气；所述透光单面反射层（2）从上向下透光、从下向上反光。本实用新型专利技术创造性提出了加热和保温相结合的复合结构，充分利用白天太阳辐射进行土体加温，同时被加热的热量能够有效保存到土体中，由此使得土体快速升温且最终维持在一个较高水平，进而实现较好的土体防冻效果；同时其利用自然条件、无需动力能源，实施方便，适用于大范围场地和偏远山区。

A Cover Structure for Increasing and Protecting Soil Temperature

【技术实现步骤摘要】
一种提高并保护土体温度的盖层结构
本技术涉及冻土地区工程建设
，尤其涉及一种提高并保护土体温度的盖层结构。
技术介绍
冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（又称永久冻土，持续二年或二年以上）。我国多年冻土分布面积约215万平方公里，约占国土面积的22%，占世界第三位，主要分布在青藏高原，东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山等地区。在冬季气温低于0℃的地区，基本都存在短时冻土、季节冻土的发育，基本占到国土面积的70%。冻土中水分冻结成冰会引起土体体积膨胀，而且冻土的强度较未冻土强度增大很多。当温度升高时，冻土融化形成融土，此时土体体积缩小，强度也会降低，渗透性增加。在季节冻土区，冷季、或环境温度低于0℃时土层由于温度降到零度以下而发生冻结；暖季、或环境温度高于0℃时土层升至零度以上而融化，这种物理作用就是冻融作用。由于季节冻土分布范围较广，使得近年来随着西部大开发的积极推进，围绕能源、交通、水利等有关的寒区重大工程正逐步在西部山区和高原寒区实施。在这些工程施工建设过程中，不可避免地会遇到土体的冻融问题。其中，在季节冻土区水利建设中土体的冻融问题尤为突出，当所建设的水电站是土心墙堆石坝时，由于土心墙是采用土体夯实而成，作用在于防渗，其施工质量直接关系大坝安危和安全运营，其中土体的密实度是重要控制指标之一。在冬季施工中，（1）由于填筑土体的冻结和强度的急剧增高，土体难以密实、难以达到要求；（2）被密实的土体由于冻胀作用，体积会发生膨胀、密实度下降也达不到施工质量要求；（3）冻融作用、水分迁移会在土体中形成冰夹层等冻融结构，改变已有土体结构，会对土体渗透性产生重要影响；（4）已有研究结果表明，即使松散土体，在反复冻融作用下，由于微细观结构的改变，土体的渗透性、力学特性也会发生不同程度的改变。因此，可以看到，在工程冬季施工过程中，土体的防止冻结是工程建设面对的重要冻土问题。在季节冻土和多年冻土区，工程施工中保证土体在填筑前、后不发生冻结对于确保工程质量、缩短工程周期、降低工程造价具有重要的意义和现实需要。目前，寒区工程中维持土体温度的方法主要有被动保温和主动加热两种途径，其中，被动保温方法主要有以下三种：地面耕松耙平防冻法、覆雪防冻法以及保温材料覆盖防冻法。由于前两种受地形和气候条件影响，使用受到极大限制，因此在通常施工中运用最多的是保温材料覆盖防冻法，即将需要保温的部位全部使用保温材料覆盖，利用这种被动防控措施来减少土体热量散失，达到维持温度的目的。该方法在一定的负温坏境下能有效防止土体冻结，然而，随着环境温度降低、或放置时间的过长，土体表层依然会发生冻结。因此，通常在被动防护无法满足需要时，往往就会采用主动加热的方法来提高土体温度，从而增加土体热量，以对抗外界低温，从而避免土体失温发生冻结。常用的主动加热方法主要有以下三种：循环针法、电热法和烘烤法。但是，循环针法需要土体中按预定的位置钻孔，然后把循环针插到孔中，热量通过土传导，从而提高土体温度；电热法需要在土体表面或内部埋设电热丝，用电能转化成热能来加热土体；烘烤法需要在土体表面点燃可燃物质，用这些物质燃烧释放的热量提高土体温度。可以看出，这三种方法均需要一定的人工能源为其提供能量，因此不能适用于大范围场地和偏远山区的施工，而水利水电工程一般建设在原理城市的偏远地区，且工程量很大，难于使用普通的加热方法对土体进行加热。因此，针对建设期处于低温冻结期的水利水电等工程，要求在建设期间土体不能发生冻融现象，亟需一种防冻效果好且适用于大范围场地和偏远山区的土体冻结防控结构。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种提高并保护土体温度的盖层结构，其通过加热、保温效能的同时发挥，实现较好的防冻效果，同时其利用自然条件、无需动力能源，实施方便，适用于大范围场地和偏远山区。为解决上述问题，本技术所述的一种提高并保护土体温度的盖层结构，包括：透光保温层和设在其底面的透光单面反射层；所述透光保温层内部具有多层隔室，隔室内部充满空气；所述透光单面反射层从上向下透光、从下向上反光。优选的，所述透光保温层内单个隔室的横断面为方形、六边形或者三角形。优选的，所述透光保温层由柔性材料制成。本技术盖层结构的工作原理主要体现在以下两个方面。第一，在辐射加热的过程中，（1）阳光透过透光保温层和透光单面反射层照射到土体上，直接辐射加热土体；（2）本技术透光保温层的底面设有透光单面反射层，能够将土体直接反射的阳光和土体自身发射的热辐射均反射回土体表面，以此大幅降低热辐射形式的散热过程。第二，在保温过程中，（1）本技术透光保温层为内部充满空气的多层隔室，即具有一定厚度的空气层，因此，其具有较好的保温效能；（2）在实际应用时，在铺设盖层结构之前，将土体刨松和/或使土体表面形成凹凸起伏，均可以进一步增加空气层厚度和体积，增强保温效果。本技术与现有技术相比具有以下优点：1、加热和保温相结合，防冻效果好本技术创造性提出了加热和保温相结合的复合结构，充分利用白天太阳辐射进行土体加温，同时被加热的热量能够有效保存到土体中，由此使得土体快速升温且最终维持在一个较高水平，进而实现较好的土体防冻效果，有利于实现现场连续施工，大幅提升施工效率。2、利用自然能源加热，成本低，清洁无污染传统的土体加热方法往往是利用电、化石燃料等释放的热量来进行加热，这需要大量的能源，加热范围不能很大，且这些方法会污染环境和造成能源的浪费。本技术仅使用太阳能作为加热能源，随处可得，无需专门设备和人工能源，清洁无污染，高效环保，并且成本低、可以大面积使用，不限于场地和环境，能够适用于大范围场地和偏远山区的施工。3、保温效果好，稳定性高以往保持土温覆盖物往往是土工布、帆布之类的材料，这些材料由于结构单一，使用时容易造成材料的损坏，使得其保温效果下降。本技术起保温作用的主要介质是透光保温层众多隔室中的空气，首先，由于空气导热较弱，在常温下导热系数仅为0.0267W/（m·K），是热的不良导体，其次，由于类似蜂窝状的隔室空间小，空气不存在对流，也不存在对流换热，因此能够起到极大的保温作用，最后，即使透光保温层材料局部小破损，只要整体空气层存在，仍然能够起到一定保温作用。4、透光保温层进一步由柔性材料制成，轻便结实，可以折叠成卷，温度降低施工结束时铺开覆盖土体；温度回暖开始施工时收卷堆放，快捷方便；从而避免的传统覆盖方法中使用的土工布等材料由于笨重难收而使得铺设回收费时费力的难题。再加上透光保温层内部结构的层叠性和分隔性，使得整个盖层结构总体强度大，不会因为多次收放而损坏，在保证土体温度的同时减小了维护成本。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本技术实施例提供的盖层结构的一种应用场景图。图2为本技术实施例提供的盖层结构的另一种应用场景图。图3为本技术实施例提供的盖层结构的斜视图。图4为本技术实施例提供的盖层结构中透光保温层的三种内部隔室空心结构示意图。图5为本技术实施例提供的试验现场气温观测曲线图。图6为本技术实施例提供的对比场地地温观测结果图。图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高并保护土体温度的盖层结构，其特征在于，包括：透光保温层（1）和设在其底面的透光单面反射层（2）；所述透光保温层（1）内部具有多层隔室，隔室内部充满空气；所述透光单面反射层（2）从上向下透光、从下向上反光。

【技术特征摘要】
1.一种提高并保护土体温度的盖层结构，其特征在于，包括：透光保温层（1）和设在其底面的透光单面反射层（2）；所述透光保温层（1）内部具有多层隔室，隔室内部充满空气；所述透光单面反射层（2）从上向下透光、...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞祁浩，郭绪元，王新斌，张东明，郭磊，张超锋，施召云，张登平，张帅，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，雅砻江流域水电开发有限公司，
类型：新型
国别省市：甘肃,62