一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法技术

本发明专利技术公开一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，包括：选择相变材料，对相变材料进行试验，获取相变材料的最优掺入量；选择纤维材料，对纤维材料进行试验，获取纤维材料的最优掺入量；根据相变材料最优掺入量和所述纤维材料最优掺入量进行相变控温复合纤维加筋渠道模型试验，获取相变材料的最优掺入深度和纤维材料的最优掺入深度及演化规律；基于相变材料的最优掺入深度和纤维材料的最优掺入深度及演化规律，并根据现场实际情况，构建渠道纵横排水体，加速排出渠道渗漏水。本发明专利技术的寒区膨胀土处置方法集主动和被动处理为一体，控、防、排、渗相统一的寒冷地区膨胀土渠道复合处治技术，此方法具有广阔的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法
本专利技术涉及寒冷地区膨胀土渠道复合处治
，特别是涉及一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法。
技术介绍
目前我国长距离调水工程中的主要水工建筑物为渠道，供水渠道的安全运行对缓解用水矛盾及水资源的合理调配具有重大意大。渠道的安全运行与其供水过程中的水量损失存在联系，据统计目前我国拥有各类输水渠道近450万km，但渠水利用率仅占输水总量的53％。造成渠道漏的主要原因是渠道结构破坏引起防渗层的失效。因此，控制供水过程中渠道结构良好是保证渠道供水能力的关键。供水渠道是线性工程，会不可避免的穿越膨胀土地区。众多学者的研究表明膨胀土具有裂隙性、胀缩性、强度衰减性、超固结性等特性，由于其性质差，改良难，被称为工程界的癌症。渠道运行过程中，由于建设之初施工水平不足，未考虑铺设防渗排水体系，加之施工过程中防渗膜及混凝衬砌板发生损坏，造成渠水入渗，与渠基膨胀土直接接触，降低了渠坡的稳定性；渠道每年的通水、停水以及沿线夏季高温、冬季严寒的气候特点共同对渠基膨胀土形成了明显的干湿交替、冻融循环作用。在此环境作用下，膨胀土开裂明显，造成其工程性质的劣化，从而诱发膨胀土渠道边坡的灾变，对重点经济区及居住区的供水造成严重影响。关于渠基膨胀土的处理问题多从提高渠基土的稳定性角度进行研究，相继提出了改性、添加纤维、优化级配及水泥桩加固等技术被动的应对膨胀土渠道在运行过程中出现的一些具体工程技术问题。目前对渠基膨胀土的处理方法大多为土体改性和提高防渗等传统的被动式处理，但仍存在寒区适用性不足、处理操作步骤复杂、成本较高、易对环境造成二次污染等弊端；从实际处理效果看仍存在一些不均匀沉降和土体有液态水富集的现象，对膨胀土渠道的整体稳定性产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，以解决上述现有技术存在的问题，将控温材料运用于膨胀土渠道中以达到主动调控膨胀土渠道内部温度场，进而提高渠道整体稳定性；再以膨胀土渠道相变控温处理技术为切入点，复合纤维加筋以减少渠道膨胀土的裂隙；并在渠道底部设置高效的纵横向排水体系加速渠道渗漏水的排出，是集主动和被动处理为一体，控、防、排、渗相统一的寒冷地区膨胀土渠道复合处治技术，此方法具有广阔的工程应用前景。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，包括以下步骤：选择相变材料，对所述相变材料进行试验，获取所述相变材料的最优掺入量；选择纤维材料，对所述纤维材料进行试验，获取所述纤维材料的最优掺入量；根据所述相变材料最优掺入量和所述纤维材料最优掺入量进行相变控温复合纤维加筋渠道模型试验，获取所述相变材料的最优掺入深度和所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律；根据现场实际情况构建渠道纵横排水体系，所述渠道纵横排水体系用于加速排出渠道中的渗漏水；基于所述相变材料的最优掺入深度、所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律和所述渠道纵横排水体系，进行寒区膨胀土渠道处治。优选的，所述相变材料试验包括冻融循环试验和热稳定分析试验。优选的，所述冻融循环试验包括以下步骤：制备加入所述相变材料的试样；对所述试样进行冻融循环，分别进行体积变形测量、无侧限抗压强度试验和微观试验，获取所述试样的体积变形结果、土体力学指标和面孔隙度；根据所述体积变形结果、土体力学指标和面孔隙度获取所述相变材料最优掺入量。优选的，所述试样制备包括以下步骤：采集工程现场土料，翻晒所述土料，将翻晒后的土料碾压并过筛，获得初处理土料；向所述初处理土料中掺杂一定比例的相变材料并混合均匀，获得试样土，所述相变材料包括mPCM和pPCM；根据所述试样预设的含水率，向所述试样土中添加蒸馏水，搅拌均匀后装入密封袋闷料24小时，制备试样，包裹所述试样进行封存。优选的，所述体积变形测量包括以下步骤：对所述试样进行分组，每组包括若干所述试样；依次测量冻融过程中每组中每个所述试样三个不同位置的直径和高度，计算每个所述试样的平均直径和平均高度；基于每个所述试样的平均直径和平均高度，计算每个所述试样体积，基于每个所述试样体积计算每组所述试样平均体积。优选的，所述无侧限抗压强度试验采用无侧限抗压仪。优选的，所述微观试验包括以下步骤：对经历不同冻融循环次数的所述试样进行采样，获得试样样本；采用液氮真空冷却干燥法，将所述试样样本孔隙中的液态水转化成非结晶态冰；升华所述非结晶态冰，获得所述试样样本的原始空隙和结构，对所述原始空隙和结构进行图像分析，获得所述试样样本在不同冻融次数后的面孔隙度。优选的，所述纤维材料进行试验通过无侧限抗压强度试验和电镜扫描试验，获得在所述同纤维材料在不同掺入量和多次干湿循环作用后的强度响应规律，探明不同所述纤维材料掺入量对所述渠道的抗压强度及抑制裂隙效果的影响。优选的，测量所述渠道的温度、含水率、位移和孔隙水压力的变化，并采集所述渠道的裂隙在湿、干、冻、融不同阶段的宽、长、深的平均值，确定所述相变材料的最优掺入深度和所述纤维材料的最优掺入深度。优选的，所述渠道纵横排水体系包括若干集水箱、支撑排桩、排水管路，所述集水箱分别设置于所述渠道的底部和岸坡，所述集水箱通过所述排水管路连接，所述支撑排桩沿所述渠道的边坡设置。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术将相变控温材料运用于膨胀土渠道中以达到主动调控膨胀土渠道内部温度场，进而提高渠道整体稳定性；再以膨胀土渠道相变控温处理技术为切入点，采用复合纤维加筋以减少渠道膨胀土的裂隙；并在渠道底部设置高效的纵横向排水体系加速渠道渗漏水的排出，是集主动和被动处理为一体，控、防、排、渗相统一的寒冷地区膨胀土渠道复合处治技术，此方法具有广阔的工程应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法流程图；图2为本专利技术实施例中2013年11月—2014年11月渠道沿线地表气温分布曲线；图3为本专利技术实施例中试样高度、直径测量方法示意图；图4为本专利技术实施例中相变材料抵抗外界温度变化示意图；图5为本专利技术实施例中湿干冻融循环模型装置示意图；图6为本专利技术实施例中相变控温复合纤维加筋渠道模型示意图；图7为本专利技术实施例中排水体系正视图图；图8为本专利技术实施例中寒区膨胀土渠道综合处治示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n选择相变材料，对所述相变材料进行试验，获取所述相变材料的最优掺入量；/n选择纤维材料，对所述纤维材料进行试验，获取所述纤维材料的最优掺入量；/n根据所述相变材料的最优掺入量和所述纤维材料的最优掺入量进行相变控温复合纤维加筋渠道模型试验，获取所述相变材料的最优掺入深度和所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律；/n根据现场实际情况构建渠道纵横排水体系，所述渠道纵横排水体系用于加速排出渠道中的渗漏水；/n基于所述相变材料的最优掺入深度、所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律和所述渠道纵横排水体系，进行寒区膨胀土渠道处治。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在于：包括以下步骤：
选择相变材料，对所述相变材料进行试验，获取所述相变材料的最优掺入量；
选择纤维材料，对所述纤维材料进行试验，获取所述纤维材料的最优掺入量；
根据所述相变材料的最优掺入量和所述纤维材料的最优掺入量进行相变控温复合纤维加筋渠道模型试验，获取所述相变材料的最优掺入深度和所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律；
根据现场实际情况构建渠道纵横排水体系，所述渠道纵横排水体系用于加速排出渠道中的渗漏水；
基于所述相变材料的最优掺入深度、所述纤维材料的最优掺入深度及演化规律和所述渠道纵横排水体系，进行寒区膨胀土渠道处治。


2.根据权利要求1所述的基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在于：所述相变材料试验包括冻融循环试验和热稳定分析试验。


3.根据权利要求2所述的基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在于：所述冻融循环试验包括以下步骤：
制备加入所述相变材料的试样；
对所述试样进行冻融循环，分别进行体积变形测量、无侧限抗压强度试验和微观试验，获取所述试样的体积变形结果、土体力学指标和面孔隙度；
根据所述体积变形结果、土体力学指标和面孔隙度获取所述相变材料最优掺入量。


4.根据权利要求3所述的基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在于：所述试样制备包括以下步骤：
采集工程现场土料，翻晒所述土料，将翻晒后的土料碾压并过筛，获得初处理土料；
向所述初处理土料中掺杂一定比例的相变材料并混合均匀，获得试样土，其中，所述相变材料包括mPCM和pPCM；
根据所述试样的预设含水率，向所述试样土中添加蒸馏水，搅拌均匀后装入密封袋闷料24小时，制备试样，包裹所述试样进行封存。


5.根据权利要求4所述的基于相变材料控温复合处治寒区膨胀土渠道的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄英豪，陈永，蔡正银，朱洵，王硕，吴敏，张晨，王羿，彭雪峰，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32