本实用新型专利技术涉及一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，包括太阳能电池片、压电块、支架、混凝土枕木、铁路路基、多年冻土层、电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧，太阳能电池片位于铁路路基南向坡面，压电块位于混凝土枕木底部，电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧位于多年冻土层中；电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧，交织成经纬网状结构，共同分散高原铁路冻土地基所受的内力和外力。本实用新型专利技术可广泛分布应用于高原冻土地带的铁路道路建设中，通过清洁化的电能、智能化的材料和网络化的结构，对受冻土退化不利影响的高原铁路冻土地基，起到加固作用。
【技术实现步骤摘要】
一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置
本技术属于太阳能光电利用领域，具体涉及一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置。
技术介绍
青藏高原苍茫广袤，横亘西南，其面积约占我国领土面积的四分之一，具有极其重要的战略地位。随着我国综合国力的不断提升，人民物质和精神生活水平的不断提高，西藏与内地、与周边地区的联系正日益紧密，2006年青藏铁路通车，2014年拉日铁路通车，2018年川藏铁路成雅段通车，然而青藏高原作为世界中低纬度唯一的高海拔大面积的多年冻土分布区，其自然地质条件极为复杂，青藏地区的高原冻土具有与高纬度、低海拔地区冻土不同的特点，例如：地温高、厚度薄等，随着全球温室效应的进一步加剧，正变得越来越脆弱。据不完全统计，青藏高原铁路路基病害超过80%都是由于路基所处地段地基的冻土热融沉陷和冷冻膨胀所致，而铁路路基的任何形变都会给铁路运输带来巨大的隐患，而现行的稳定冻土地基的措施有：选择合适的路基高度、构筑片石通风路基、放置热管、铺设隔热层和通风管、以桥代路和人工冻结土壤等，多为间接的、地上的、被动的和局部的举措。通过引入新能源、新材料和新技术可以来改变这一被动局面：青藏高原丰富的太阳能和通行列车自身的重量，是造成铁路地基形变的重要因素，通过将太阳能和重力势能“变废为宝”的转换为电能，可以为加固装置提供清洁化的能量来源；通过具备记忆效应和超弹性的形状记忆合金以及随外加电压变化而产生软硬变化的电流变液材质，可以为加固装置提供智能化的材料供给；利用智能化材料嵌入地下，经纬交织，将整条铁路的地基互连互通，可以为加固装置提供网络化的结构支撑，从而实现了从直接的、地下的、主动的和整体的视角，去解决高原冻土退化给铁路地基带来的不利影响，为一条条通往世界屋脊的天路地基，夯实加固。
技术实现思路
技术目的：本技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，利用太阳能电池片和压电块获取电能，电流变液地下枕梁受电固化，形状记忆合金弹簧吸热收缩，两者经纬交织，构成网状结构，同时为大面积高原铁路冻土地基增加强度、降低温度和平缓形变，从而起到加固作用。技术方案：本技术所述的一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，包括太阳能电池片、压电块、支架、混凝土枕木、铁路路基、多年冻土层、电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧；所述太阳能电池片通过支架固定安装在铁路路基的南向坡面上，所述压电块固定安装在混凝土枕木的底部，所述电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧放置于多年冻土层中，所述形状记忆合金弹簧与其相邻两侧的电流变液地下枕梁固定连接，所述压电块和太阳能电池片分别与电流变液地下枕梁的内外层电连接。进一步的，所述南向坡面上的太阳能电池片的表面需覆盖有高透明的保护性材料，太阳能电池片为不连续放置，间断处需留置兽道；支架为板状结构，板面上留有蜂窝状细小通风孔。进一步的，所述每根混凝土枕木下，对称放置多个压电块，多个压电块之间相互串联，压电块应具有高压电常数和高机械耦合系数。进一步的，所述电流变液地下枕梁与其上的混凝土枕木一一对应，摆放方位与混凝土枕木平行，形状记忆合金弹簧摆放方位与混凝土枕木垂直，众多电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧构成经纬网状结构。进一步的，所述电流变液地下枕梁的长度应大于铁路路基的宽度，并相对铁路路基的中心呈对称放置，电流变液地下枕梁的宽度由中部向两侧逐渐对称缩小。进一步的，所述电流变液地下枕梁为扁平状结构，分内外两层，内外两层均填充有电流变液材质，所述电流变液材质均具备低使用电压、高屈服强度和不污染土壤的特点；其中，外层电流变液材质为大惯性的电流变液材质，其液固态之间相互相变的速度慢；内层电流变液材质为小惯性的电流变液材质，其液固态之间相互相变的速度快。所述电流变液地下枕梁的内外层填充的电流变液材质均由外壳密封包裹，所述外壳均具备绝缘、隔热、耐拉拽和有良好弹性的特点。进一步的，所述电流变液地下枕梁的末端为根状结构。进一步的，所述形状记忆合金弹簧由中部向两端逐渐对称变细，与其相邻两侧电流变液地下枕梁的外壳固定连接。进一步的，所述形状记忆合金弹簧的高温相变记忆温度，小于加固装置所处的多年冻土层近10年以来的月平均温度变化区间的最低值5℃以上。进一步的，所述太阳能电池片和压电块对电流变液地下枕梁的供电方式均为直流电直接供应，所述太阳能电池片与电流变液地下枕梁外层电流变液材质之间的电连接为：太阳能电池片的正极接外层电流变液材质中心，外层电流变液材质两侧末端均接太阳能电池片的负极；压电块与电流变液地下枕梁内层电流变液材质之间的电连接为：压电块的正极接内层电流变液材质中心，内层电流变液材质两侧末端均接压电块的负极。有益效果：本技术在地面上通过在铁路路基侧面分布放置太阳能电池片和在混凝土枕木下面分布放置压电块来获取电能；在地面下通过将电流变液地下枕梁和形状记忆合金弹簧经纬交织，形成了增加冻土强度、降低冻土温度和平缓冻土形变的坚韧网状支撑结构，从而实现加固高原铁路冻土地基的效果。具体来说，因青藏高原冬春季节多强风沙，故太阳能电池片的表面须覆盖有高透明的保护性材料，在不影响太阳能电池片接收太阳辐射的同时，起到保护作用；同时，由于动物迁徙区域与铁路行经区域会发生重叠，故太阳能电池片为不连续放置，间断处需留置兽道，方便动物快速穿过；此外，支架为板状结构，板面上留有蜂窝状细小通风孔，为铁路路基与外部环境的热量交换留有充分空间，同时即使发生动物不慎踏入支架处，其被板状支架卡住的几率，也会大大低于条形支架。每根混凝土枕木下对称放置多个压电块，在可以获取较之单个压电块，更多电能的同时，使得这些压电块与混凝土枕木之间的相互作用力是对称的，而均衡的受力利于混凝土枕木的形态稳定；同时，为获取更显著的压电效应和更大的压电输出电压，压电块应具有高压电常数和高机械耦合系数，并将多个压电块之间的电连接方式设置为串联连接。太阳能电池片对电流变液地下枕梁的外层直接供电，压电块对电流变液地下枕梁的内层直接供电，内外两层填充的电流变液材质，均具备在低电压供给的条件下，即可获得高屈服强度的特点，以获得足够的支撑能力，同时均须为不污染土壤的安全材质；包裹内外两层电流变液材质的外壳均须具备绝缘、隔热、耐拉拽和有良好弹性的特点，即电流变液地下枕梁的内外两层均须保持热电两方面的独立性，即在热电两方面不受其外部环境的影响，不与外部环境进行能量交换，同时在电流变液材质相变发生从而引发体积变化时以及受到形状记忆合金弹簧的拉拽时，均能保持外壳不破裂。受电的电流变液地下枕梁的外层由于相变惯性大，大到某个季节，小到某个时段，均能保持较为稳定的硬度，为主要承重构件；受电的电流变液地下枕梁的内层由于相变惯性小，可以快速感应行驶而过的列车重量，即时进一步增强整个电流变液地下枕梁的硬度，实现根据有无列车区别对待，为次要承重构件；形状记忆合金弹簧处于低温相马氏体时的长度，等于相邻两根电流变液地下枕梁间的间距；形状记忆合金弹簧处于高温相奥氏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：包括太阳能电池片（1）、压电块（2）、支架（3）、混凝土枕木（4）、铁路路基（5）、多年冻土层（6）、电流变液地下枕梁（7）和形状记忆合金弹簧（8）；所述太阳能电池片（1）通过支架（3）固定安装在铁路路基（5）的南向坡面上，所述压电块（2）固定安装在混凝土枕木（4）的底部，所述电流变液地下枕梁（7）和形状记忆合金弹簧（8）放置于多年冻土层（6）中，所述形状记忆合金弹簧（8）与其相邻两侧的电流变液地下枕梁（7）固定连接，所述压电块（2）和太阳能电池片（1）分别与电流变液地下枕梁（7）的内外层电连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：包括太阳能电池片（1）、压电块（2）、支架（3）、混凝土枕木（4）、铁路路基（5）、多年冻土层（6）、电流变液地下枕梁（7）和形状记忆合金弹簧（8）；所述太阳能电池片（1）通过支架（3）固定安装在铁路路基（5）的南向坡面上，所述压电块（2）固定安装在混凝土枕木（4）的底部，所述电流变液地下枕梁（7）和形状记忆合金弹簧（8）放置于多年冻土层（6）中，所述形状记忆合金弹簧（8）与其相邻两侧的电流变液地下枕梁（7）固定连接，所述压电块（2）和太阳能电池片（1）分别与电流变液地下枕梁（7）的内外层电连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：所述南向坡面上的太阳能电池片（1）的表面覆盖有高透明的保护性材料，太阳能电池片（1）为不连续放置，间断处需留置兽道；支架（3）为板状结构，板面上留有蜂窝状细小通风孔。
3.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：所述每根混凝土枕木（4）下，对称放置多个压电块（2），多个压电块（2）之间相互串联，压电块（2）应具有高压电常数和高机械耦合系数。
4.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：所述电流变液地下枕梁（7）与其上的混凝土枕木（4）一一对应，电流变液地下枕梁（7）摆放方位与混凝土枕木（4）平行，所述形状记忆合金弹簧（8）摆放方位与混凝土枕木（4）垂直，众多电流变液地下枕梁（7）和形状记忆合金弹簧（8）构成经纬网状结构。
5.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能高原铁路冻土地基加固装置，其特征在于：所述电流变液地下枕梁（7）的长度大于铁路路基（5）的宽度，并相对铁路路基（5）的中心呈...
【专利技术属性】
技术研发人员：林森，
申请(专利权)人：江苏工程职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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