CN111021434B - 冻土区防融化试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冻土区防融化试验方法及系统，该方法包括如下步骤：选段步骤，从待施工路段中选择一段实验路段；其中，待施工路段剩余的路段记为作业路段；建模步骤，获取实验路段的温度和下沉数据，并建立温度与下沉数据模型；获取步骤，获取作业路段的实际环境温度；确定步骤，根据作业路段的实际环境温度以及温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案。本发明实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量。

Description

冻土区防融化试验方法及系统

技术领域

本发明涉及冻土防融技术领域，具体而言，涉及一种冻土区防融化试验方法及系统。

背景技术

由于季节融冻层的反复冻融，冻土或多年冻土层的消长变化，会产生各种不良物理地质和工程地质现象，特别是在该地区进行建筑施工时破坏了原有土层的天然状态，使土体原有的各种平衡遭到了破坏，尤其是热力学平衡对多年冻土地区带来的影响，这些情况都会给铁路(公路)路基与各种建筑物造成威胁和破坏。因此，在多年冻土地区修筑道路、管道、铁路、公路等时，冻胀、融沉以及由此带来的其它工程冻害问题必须得到重视，其处理措施是否得当，直接关系到建筑物的运营安全。

在夏季或人为的热干扰下，原已冻结的土会融化，融化水排除，土体下沉、建筑物倾斜、坍塌，因此，治理冻害的措施是围绕治理和改善水、热状况而进行的。通常，多年冻土建筑物地基设计原则总体上可归纳为两个：原则I-多年冻土地基在建设过程和建筑物营运的整个时期保持冻结状态，即保护冻土设计原则；原则Ⅱ-允许多年冻土地基在营运过程中融化或在建设开始前将多年冻土融至预定深度，即允许融化设计原则。其中，原则Ⅱ更为常用，然而，在以原则Ⅱ为基础进行建筑施工时，现有的施工措施无法结合冻土地区融化下沉的实际情况作出相应的实施方案。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种冻土区防融化试验方法，旨在解决现有的施工措施无法结合冻土地区融化下沉的实际情况作出相应的实施方案的问题。本发明还提出了一种冻土区防融化试验系统。

一个方面，本发明提出了一种冻土区防融化试验方法，该方法包括如下步骤：选段步骤，从待施工路段中选择一段实验路段；其中，待施工路段剩余的路段记为作业路段；建模步骤，获取实验路段的温度和下沉数据，并建立温度与下沉数据模型；获取步骤，获取作业路段的实际环境温度；确定步骤，根据作业路段的实际环境温度以及温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，建模步骤进一步包括：第一分层子步骤，对实验路段进行分层；升温子步骤，记录实验路段的初始高度，并对实验路段进行升温；第一采集子步骤，每隔第一预设时间采集一次实验路段中每个地层的温度和实验路段的整体高度；第一计算子步骤，根据每次采集到的实验路段的整体高度和初始高度确定每次采集所对应的实验路段的下沉现象，并根据每次采集到的实验路段中每个地层的温度和该次对应的实验路段的下沉现象确定出每次采集所对应的下沉温度数据；建立子步骤，根据各次采集对应的实验路段的下沉现象和所对应的下沉温度数据建立温度与下沉数据模型。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，第一计算子步骤进一步包括：第一子步骤，根据公式Gjs＝Gs-G0计算每次采集所对应的实验路段的下沉数据G_js；上式中，G0为实验路段的初始高度，G_s为每次采集到的实验路段的整体高度，s为采集次数；第二子步骤，根据每次采集所对应的实验路段的下沉数据G_js与预设值的对比结果确定每次采集所对应的实验路段的下沉现象，其中，下沉现象包括：轻微下沉、中度下沉和重度下沉；第三子步骤，根据公式

计算每次采集所对应的实验路段的下沉温度T_s；上式中，i为实验路段分层的层数，i的取值为1、2、3…m；第四子步骤，根据每次采集所对应的实验路段的下沉现象将该次对应的实验路段的下沉温度T_s确定为每次采集所对应的下沉温度数据，其中，下沉温度数据包括：轻温数据、中温数据和重温数据。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，第二子步骤中，当G_js≤X₁时，将实验路段的下沉现象确定为轻微下沉；当X₁＜G_js≤X₂时，将实验路段的下沉现象确定为中度下沉；当X₂＜G_js≤X₃时，将实验路段的下沉现象确定为重度下沉；其中，X₁为第一高度预设值、X₂为第二高度预设值、X₃为第三高度预设值。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，升温子步骤中，通过烟火烘烤法、蒸汽融化法或电热法对实验路段进行升温。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，获取步骤进一步包括：第二分层子步骤，对作业路段进行分层；第二采集子步骤，每隔第二预设时间采集一次作业路段中每个地层的温度；第二计算子步骤，根据各次采集到的作业路段中每个地层的温度和待施工路段的温度均值计算作业路段的实际环境温度。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，第二计算子步骤进一步包括：根据公式

计算作业路段的采集温度T_k；上式中，k为采集次数，g为作业路段分层的层数，g的取值为1、2、3…n；获取待施工路段至少最近两年的温度均值T_均；根据公式T_实＝(T_k+T_均)×q计算作业路段的实际环境温度T_实；上式中q为预设调节值。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，确定步骤进一步包括：第一确定子步骤，将作业路段的实际环境温度T_实与温度与下沉数据模型中每次采集所对应的实验路段的下沉温度数据求差值，并确定出差值中的最小值，以及将计算差值中的最小值时使用的下沉温度数据所对应的下沉现象确定为作业路段的下沉现象；第二确定子步骤，根据作业路段的下沉现象确定出待施工路段的保温施工方案。

进一步地，上述冻土区防融化试验方法中，第一确定子步骤中，当确定作业路段的下沉现象为重度下沉时发出预警；和/或，第二确定子步骤中，从预先存储的保温施工方案中调取出与作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案，并将调取出的保温施工方案确定为待施工路段的保温施工方案。

本发明中，根据实验路段的温度和下沉数据建立温度与下沉数据模型，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象，再根据作业路段的下沉现象确定待施工路段的保温施工方案，实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量，解决了现有的施工措施无法结合冻土地区融化下沉的实际情况作出相应的实施方案的问题。

另一个方面，本发明提出了冻土区防融化试验系统，该系统包括：升温装置，用于对实验路段进行升温；待施工路段包括：实验路段和作业路段；第一温度检测装置，用于检测实验路段的温度；第二温度检测装置，用于检测作业路段的实际环境温度；下沉检测装置，用于检测实验路段的下沉量；控制装置，与第一温度检测装置、第二温度检测装置、下沉检测装置和升温装置均电连接，用于控制升温装置进行升温，并根据实验路段的温度和下沉量建立温度与下沉数据模型，以及根据作业路段的实际环境温度以及温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案；显示装置，与控制装置电连接，用于接收并显示待施工路段的保温施工方案。

本发明中，根据实验路段的温度和下沉量建立温度与下沉数据模型，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案，实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，建模步骤的流程图；

图3为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，获取步骤的流程图；

图4为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，确定步骤的流程图；

图5为本发明实施例提供的冻土区防融化试验系统的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

方法实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法的流程图。如图所示，冻土区防融化试验方法包括如下步骤：

选段步骤S1，从待施工路段中选择一段实验路段；其中，待施工路段剩余的路段记为作业路段。

具体地，待施工路段为冻土区的路段，待施工路段可以包括：作业路段和实验路段，实验路段可以从待施工路段中任意选择一段。具体实施时，实验路段的长度可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

建模步骤S2，获取实验路段的温度和下沉数据，并建立温度与下沉数据模型。

具体地，对实验路段进行升温，以模拟实验路段的融化下沉现象。每间隔预设时间采集一次实验路段的温度和下沉数据，并根据各次采集到的实验路段的温度和下沉数据建立温度与下沉数据模型。

获取步骤S3，获取作业路段的实际环境温度。

具体地，采集作业路段的温度，并根据待施工路段的温度均值和采集到的作业路段的温度确定作业路段的实际环境。

确定步骤S4，根据作业路段的实际环境温度以及温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案。

具体地，将作业路段的实际环境温度对应到温度与下沉数据模型中以确定出作业路段的下沉现象，并根据作业路段的下沉现象从预先存储的保温施工方案中调取出与作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案。其中，下沉现象包括：轻微下沉、中度下沉和重度下沉。

可以看出，本实施例中，根据实验路段的温度和下沉数据建立温度与下沉数据模型，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象，再根据作业路段的下沉现象确定待施工路段的保温施工方案，实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量，解决了现有的施工措施无法结合冻土地区融化下沉的实际情况作出相应的实施方案的问题。

参见图2，图2为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，建模步骤的流程图。如图所示，建模步骤S2进一步包括：

第一分层子步骤S21，对实验路段进行分层。

具体地，对实验路段由地面向下依次进行分层，实验路段的分层层数为i层，i取值为1、2、3、…m，m为整数。具体实施时，对实验路段中各地层进行标记，则由地面向下依次标记为Ci层。

升温子步骤S22，记录实验路段的初始高度，并对实验路段进行升温。

具体地，在对实验路段进行升温之前，记录实验路段的初始高度G0。在对实验路段进行升温时，可以通过烟火烘烤法、蒸汽融化法或电热法进行升温。

第一采集子步骤S23，每隔第一预设时间采集一次实验路段中每个地层的温度和实验路段的整体高度。

具体地，在实验路段的每个地层中均设置一个第一温度传感器，则第一温度传感器的数量与实验路段的地层层数相同，每个第一温度传感器均检测实验路段对应地层的温度。在采集时，在实验路段设置一个高度检测装置，该高度检测装置检测实验路段的整体高度。

在采集时，每间隔第一预设时间t1采集一次实验路段中每个地层的温度T_si，同时采集一次实验路段的整体高度G_s，其中，s为采集次数，s的取值为s＝1、2、3、…f，f为整数，Tsi为第s次采集的实验路段第Ci层对应的温度，G_s为第s次采集的实验路段的整体高度。

具体实施时，第一预设时间t1可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

第一计算子步骤S24，根据每次采集到的实验路段的整体高度和初始高度确定每次采集所对应的实验路段的下沉现象，并根据每次采集到的实验路段中每个地层的温度和该次对应的实验路段的下沉现象确定出每次采集所对应的下沉温度数据。

具体地，第一次采集时会采集到实验路段的整体高度G₁和i个各地层的温度T_1i，第二次采集时会采集到实验路段的整体高度G₂和i个各地层的温度T_2i，以此类推，则每次采集均会得到一个实验路段的整体高度G_s数据和i个各地层的温度T_si数据。

根据第一次采集到的实验路段的整体高度G₁与初始高度G0确定第一次采集所对应的实验路段的下沉现象，根据第二次采集到的实验路段的整体高度G₂与初始高度G0确定第二次采集所对应的实验路段的下沉现象，以此类推，就可以确定出每次采集所对应的实验路段的下沉现象。

根据第一次采集到的实验路段中的每个地层的温度T_1i和第一次采集确定出的下沉现象确定第一次采集所对应的下沉温度数据，根据第二次采集到的实验路段中的每个地层的温度T_2i和第二次采集确定出的下沉现象确定第二次采集所对应的下沉温度数据，以此类推，依次确定每次采集所对应的下沉温度数据。

下沉温度数据与下沉现象相对应，下沉温度数据可以包括：轻温数据、中温数据和重温数据，则轻温数据对应的是轻温下沉，中温数据对应的是中度下沉，重温数据对应的是中度下沉。例如，第一次采集确定出的下沉现象为轻微下沉，则第一次采集所对应的下沉温度数据为轻温数据。再例如，第四次采集确定出的下沉现象为重度下沉，则第二次采集所对应的下沉温度数据为重温数据。

建立子步骤S25，根据各次采集对应的实验路段的下沉现象和所对应的下沉温度数据建立温度与下沉数据模型。

具体地，温度与下沉数据模型中每次采集中实验路段的下沉现象与下沉温度数据是相对应的。

可以看出，本实施例中，通过对实验路段进行升温，能够准确地模拟实验路段的融化下沉的现象，采集实验路段在融化下沉的不同阶段时的温度，进而确定实验路段在不同阶段时所处的下沉现象和所对应的下沉温度数据，从而建立温度与下沉数据模型，该模型能够与冻土区的实际融化下沉相匹配，进而便于对待施工路段融化下沉进行分析。

上述实施例中，第一计算子步骤S24进一步包括：

第一子步骤S241，根据公式Gjs＝Gs-G0计算每次采集所对应的实验路段的下沉数据G_js；上式中，G0为实验路段的初始高度，G_s为每次采集到的实验路段的整体高度，s为采集次数。

第二子步骤S242，根据每次采集所对应的实验路段的下沉数据G_js与预设值的对比结果确定每次采集所对应的实验路段的下沉现象，其中，下沉现象包括：轻微下沉、中度下沉和重度下沉。

具体地，当G_js≤X₁时，将实验路段的下沉现象确定为轻微下沉；

当X₁＜G_js≤X₂时，将实验路段的下沉现象确定为中度下沉；

当X₂＜G_js≤X₃时，将实验路段的下沉现象确定为重度下沉；其中，X₁为第一高度预设值、X₂为第二高度预设值、X₃为第三高度预设值。

具体实施时，第一高度预设值X₁、第二高度预设值X₂、第三高度预设值X₃的取值均可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

由于采集次数s为多次，所以每次采集时均可以确定出该次采集所对应的实验路段的下沉现象。

第三子步骤S243，根据公式

计算每次采集所对应的实验路段的下沉温度T_s；上式中，i为实验路段分层的层数，i的取值为1、2、3…m。

具体地，第一次采集时将采集到的实验路段中每个地层的温度T_1i带入公式中进行计算从而计算出第一次采集所对应的实验路段的下沉温度T₁。第二次采集时将采集到的实验路段中每个地层的温度T_2i带入公式中进行计算从而计算出第二次采集所对应的实验路段的下沉温度T₂。以次类推，每次采集均可以确定出该次采集所对应的实验路段的下沉温度Ts。

第四子步骤S244，根据每次采集所对应的实验路段的下沉现象将该次对应的实验路段的下沉温度T_s确定为每次采集所对应的下沉温度数据，其中，下沉温度数据包括：轻温数据、中温数据和重温数据。

具体地，每次采集对应的实验路段的下沉温度T_s与该次对应的实验路段的下沉现象相对应，也就是说，下沉现象与下沉温度数据相对应，其下沉温度数据的数值为该次采集对应的实验路段的下沉温度T_s。

例如，第一次采集所对应的实验路段的下沉现象为轻微下沉，则第一次采集对应的实验路段的下沉温度T₁为轻温数据，其轻温数据的数值为T₁。再例如，第四次采集所对应的实验路段的下沉现象为重度下沉，则第四次采集对应的实验路段的下沉温度T₄为重温数据，其重温数据的数值为T₄。

可以看出，本实施例中，根据实验路段的初始高度和采集到的实验路段的整体高度确定实验路段的下沉现象，并且，根据每次采集到的实验路段中各地层的温度和对应的实验路段的下沉现象确定下沉温度数据，能够准确地建立温度与下沉数据模型，便于后续作业路段的下沉现象的确定。

参见图3，图3为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，获取步骤的流程图。如图所示，获取步骤S3进一步包括：

第二分层子步骤S31，对作业路段进行分层。

具体地，对作业路段由地面向下依次进行分层，作业路段的分层层数为g层，g取值为1、2、3、…n，n为整数。具体实施时，对作业路段各地层进行标记，则由地面向下依次标记为Cg层。

优选的，作业路段的分层层数与实验路段的分层层数相同。

第二采集子步骤S32，每隔第二预设时间采集一次作业路段中每个地层的温度。

具体地，在作业路段的每个地层中均设置一个第二温度传感器，则第二温度传感器的数量与作业路段的地层层数相同，每个第二温度传感器均检测作业路段对应地层的温度。

在采集时，每间隔第二预设时间t2采集一次作业路段中每个地层的温度T_kg，其中，k为采集次数，k的取值为k＝1、2、3、…，k为整数，T_kg为第k次采集的作业路段第Cg层对应的温度。

具体实施时，第二预设时间t2可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

第二计算子步骤S33，根据各次采集到的作业路段中每个地层的温度和待施工路段的温度均值计算作业路段的实际环境温度。

具体地，该步骤进一步包括：

步骤S331，根据公式

计算作业路段的采集温度T_k；上式中，k为采集次数，g为作业路段分层的层数，g的取值为1、2、3…n。

步骤S332，获取待施工路段至少最近两年的温度均值T_均。

具体地，通过气象资料获取待施工路段至少最近两年的温度均值T_均。具体实施时，获取的是待施工路段最近两年的温度均值T_均。

步骤S333，根据公式T_实＝(T_k+T_均)×q计算作业路段的实际环境温度T_实；上式中q为预设调节值。

具体实施时，预设调节值q可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

可以看出，本实施例中，通过对作业路段进行分层，并采集作业路段每个地层中的温度，能够准确地获知作业路段的实际温度，再结合待施工路段至少最近两年的温度均值来确定作业路段的实际环境温度，便于对作业路段的下沉现象进行分析处理，为冻土区的建筑施工提供准确的试验数据基础。

参见图4，图4为本发明实施例提供的冻土区防融化试验方法中，确定步骤的流程图。如图所示，确定步骤S4进一步包括：

第一确定子步骤S41，将作业路段的实际环境温度T_实与所述温度与下沉数据模型中每次采集所对应的实验路段的下沉温度数据求差值，并确定出差值中的最小值，以及将计算差值中的最小值时使用的下沉温度数据所对应的下沉现象确定为作业路段的下沉现象。

具体地，在温度与下沉数据模型中每次采集均对应一个下沉现象和一个下沉温度数据，则将作业路段的实际环境温度T_实与模型中所有的下沉温度数据进行作差，并从所有差值中确定出最小值。再将计算差值的最小值时所使用的下沉温度数据所对应的下沉现象确定为作业路段的下沉现象。

例如，将作业路段的实际环境温度T_实与模型中所有的下沉温度数据进行作差，若差值中的最小值为Y1，其中，Y1为T_实与轻温数据的差值，该轻温数据对应的是轻温下沉，则作业路段的下沉现象即为轻微下沉。

具体实施时，由于温度与下沉数据模型中的下沉温度数据分别为轻温数据、中温数据和重温数据，所以可以将作业路段的实际环境温度T_实与所有的轻温数据作差，确定出差值中的最小值A；将作业路段的实际环境温度T_实与所有的中温数据作差，确定出差值中的最小值B；将作业路段的实际环境温度T_实与所有的重温数据作差，确定出差值中的最小值C。再比较A、B、C的大小确定出最小值。若A最小，则作业路段的下沉现象为轻微下沉；若B最小，则作业路段的下沉现象为中度下沉；若C最小，则作业路段的下沉现象为重度下沉。

优选的，当确定作业路段的下沉现象为重度下沉时发出预警，以便于给工作人员进行警示，便于对待施工路段采取相应的措施。

第二确定子步骤S42，根据作业路段的下沉现象确定出待施工路段的保温施工方案。

具体地，从预先存储的保温施工方案中调取出与作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案，并将调取出的保温施工方案确定为待施工路段的保温施工方案。更为具体地，数据库中预先存储有对应于不同下沉现象的多个保温施工方案，在确定作业路段的下沉现象之后从数据库中调取与作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案即可。

可以看出，本实施例中，将作业路段的实际环境温度对应至温度与下沉数据模型中，能够准确地确定待施工路段的保温施工方案，并能保证该保温施工方案能够适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量。

综上所述，本实施例中，根据实验路段的温度和下沉数据建立温度与下沉数据模型，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象，再根据作业路段的下沉现象确定待施工路段的保温施工方案，实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量。

系统实施例：

本实施例还提出了一种冻土区防融化试验系统，参见图5，图5为本发明实施例提供的冻土区防融化试验系统的结构框图。如图所示，冻土区防融化试验系统包括：升温装置100、第一温度检测装置200、第二温度检测装置300、下沉检测装置400、控制装置500和显示装置600。其中，升温装置100与控制装置500相连接，升温装置100用于接收控制装置500的升温指令，并根据该升温指令对实验路段进行升温。其中，待施工路段包括：实验路段和作业路段。实验路段是从待施工路段中任意选择的一段。具体地，升温装置100对实验路段进行升温，以模拟实验路段的融化下沉现象。

第一温度检测装置200用于检测实验路段的温度，具体地，实验路段可以由地面向下进行分层，并在实验路段的每个地层中均设置一个第一温度传感器，每个第一温度传感器均检测实验路段对应地层的温度。并且，各第一温度传感器是每隔第一预设时间采集一次实验路段中每个地层的温度。具体实施时，第一预设时间可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

下沉检测装置400用于检测实验路段的下沉量，具体地，每隔第一预设时间采集一次实验路段的下沉量。

第二温度检测装置300用于检测作业路段的实际环境温度。具体地，作业路段可以由地面向下进行分层，并在作业路段的每个地层中均设置一个第二温度传感器，每个第二温度传感器均检测作业路段对应地层的温度。并且，各第二温度传感器每隔第二预设时间采集一次作业路段中每个地层的温度。具体实施时，第二预设时间可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

控制装置500与第一温度检测装置200、第二温度检测装置300和下沉检测装置400均电连接，控制装置500用于接收实验路段的温度和下沉量，并根据实验路段的温度和下沉量建立温度与下沉数据模型。控制装置500还用于接收作业路段的实际环境温度，并根据作业路段的实际环境温度以及温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象，以及根据作业路段的下沉现象确定待施工路段的保温施工方案。

优选的，下沉检测装置400检测实验路段的下沉量可以通过检测实验路段的高度来实现的。具体地，在对实验路段进行升温前，记录实验路段的初始高度。在升温后，每隔第一预设时间采集一次实验路段的整体高度。控制装置500根据每次采集的实验路段的整体高度与初始高度确定出实验路段的下沉量。

控制装置500根据每次采集的实验路段的下沉量确定每次采集所对应的实验路段的下沉现象，并根据每次采集到的实验路段中每个地层的温度和该次对应的实验路段的下沉现象确定出每次采集所对应的下沉温度数据，以及根据各次采集对应的实验路段的下沉现象和所对应的下沉温度数据建立温度与下沉数据模型。

控制装置500根据各次采集到的作业路段中每个地层的温度和待施工路段的温度均值计算作业路段的实际环境温度，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象，再从预先存储的保温施工方案中调取出与作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案，将调取出的保温施工方案确定为待施工路段的保温施工方案。其中，待施工路段的温度均值是待施工路段至少最近两年的温度均值来确定的。

显示装置600与控制装置500电连接，显示装置600用于接收控制装置500发送的待施工路段的保温施工方案，并将该待施工路段的保温施工方案进行显示。

可以看出，本实施例中，根据实验路段的温度和下沉量建立温度与下沉数据模型，并根据作业路段的实际环境温度与温度与下沉数据模型确定作业路段的下沉现象和待施工路段的保温施工方案，实现了对冻土区待施工路段的融化下沉分析，便于确定待施工路段的保温施工方案，并保证确定出的保温施工方案能够准确地适应于待施工路段的实际情况，为冻土区的建筑施工提供了试验数据基础，辅助建筑施工，提高了施工质量。

需要说明的是，本发明中的冻土区防融化试验方法及冻土区防融化试验系统的原理相同，相关之处可以相互参照。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种冻土区防融化试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

选段步骤，从待施工路段中选择一段实验路段；其中，所述待施工路段剩余的路段记为作业路段；

建模步骤，获取所述实验路段的温度和下沉数据，并建立温度与下沉数据模型；

获取步骤，获取所述作业路段的实际环境温度；

确定步骤，根据所述作业路段的实际环境温度以及所述温度与下沉数据模型确定所述作业路段的下沉现象和所述待施工路段的保温施工方案；

所述获取步骤进一步包括：

第二分层子步骤，对所述作业路段进行分层；

第二采集子步骤，每隔第二预设时间采集一次所述作业路段中每个地层的温度；

第二计算子步骤，根据各次采集到的所述作业路段中每个地层的温度和所述待施工路段的温度均值计算所述作业路段的实际环境温度；

所述第二计算子步骤进一步包括：

根据公式

计算所述作业路段的采集温度T_k；上式中，k为采集次数，g为所述作业路段分层的层数，g的取值为1、2、3…n；

获取所述待施工路段至少最近两年的温度均值T_均；

根据公式T_实＝(T_k+T_均)×q计算所述作业路段的实际环境温度T_实；上式中q为预设调节值。

2.根据权利要求1所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，所述建模步骤进一步包括：

第一分层子步骤，对所述实验路段进行分层；

升温子步骤，记录所述实验路段的初始高度，并对所述实验路段进行升温；

第一采集子步骤，每隔第一预设时间采集一次所述实验路段中每个地层的温度和所述实验路段的整体高度；

第一计算子步骤，根据每次采集到的所述实验路段的整体高度和初始高度确定每次采集所对应的所述实验路段的下沉现象，并根据每次采集到的所述实验路段中每个地层的温度和该次对应的所述实验路段的下沉现象确定出每次采集所对应的下沉温度数据；

建立子步骤，根据所述各次采集对应的所述实验路段的下沉现象和所对应的下沉温度数据建立温度与下沉数据模型。

3.根据权利要求2所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，所述第一计算子步骤进一步包括：

第一子步骤，根据公式Gjs＝Gs-G0计算每次采集所对应的所述实验路段的下沉数据G_js；上式中，G0为所述实验路段的初始高度，G_s为每次采集到的所述实验路段的整体高度，s为采集次数；

第二子步骤，根据每次采集所对应的所述实验路段的下沉数据G_js与预设值的对比结果确定每次采集所对应的所述实验路段的下沉现象，其中，所述下沉现象包括：轻微下沉、中度下沉和重度下沉；

第三子步骤，根据公式

计算每次采集所对应的所述实验路段的下沉温度T_s；上式中，i为所述实验路段分层的层数，i的取值为1、2、3…m；

第四子步骤，根据每次采集所对应的所述实验路段的下沉现象将该次对应的所述实验路段的下沉温度T_s确定为每次采集所对应的下沉温度数据，其中，下沉温度数据包括：轻温数据、中温数据和重温数据。

4.根据权利要求3所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，所述第二子步骤中，

当G_js≤X₁时，将所述实验路段的下沉现象确定为轻微下沉；

当X₁＜G_js≤X₂时，将所述实验路段的下沉现象确定为中度下沉；

当X₂＜G_js≤X₃时，将所述实验路段的下沉现象确定为重度下沉；

其中，X₁为第一高度预设值、X₂为第二高度预设值、X₃为第三高度预设值。

5.根据权利要求2所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，所述升温子步骤中，

通过烟火烘烤法、蒸汽融化法或电热法对所述实验路段进行升温。

6.根据权利要求2所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，所述确定步骤进一步包括：

第一确定子步骤，将所述作业路段的实际环境温度T_实与所述温度与下沉数据模型中每次采集所对应的所述实验路段的下沉温度数据求差值，并确定出差值中的最小值，以及将计算所述差值中的最小值时使用的下沉温度数据所对应的下沉现象确定为所述作业路段的下沉现象；

第二确定子步骤，根据所述作业路段的下沉现象确定出所述待施工路段的保温施工方案。

7.根据权利要求6所述的冻土区防融化试验方法，其特征在于，

第一确定子步骤中，当确定所述作业路段的下沉现象为重度下沉时发出预警；和/或，

第二确定子步骤中，从预先存储的保温施工方案中调取出与所述作业路段的下沉现象相匹配的保温施工方案，并将调取出的保温施工方案确定为所述待施工路段的保温施工方案。

8.一种冻土区防融化试验系统，其特征在于，包括：

升温装置(100)，用于对实验路段进行升温；待施工路段包括：实验路段和作业路段；

第一温度检测装置(200)，用于检测所述实验路段的温度；

第二温度检测装置(300)，用于检测所述作业路段的实际环境温度；

下沉检测装置(400)，用于检测所述实验路段的下沉量；

控制装置(500)，与所述第一温度检测装置(200)、所述第二温度检测装置(300)、所述下沉检测装置(400)和所述升温装置(100)均电连接，用于控制所述升温装置进行升温，并根据所述实验路段的温度和下沉量建立温度与下沉数据模型，以及根据所述作业路段的实际环境温度以及所述温度与下沉数据模型确定所述作业路段的下沉现象和所述待施工路段的保温施工方案；

显示装置(600)，与所述控制装置(500)电连接，用于接收并显示所述待施工路段的保温施工方案。

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