CN112923581B - 无动力防冻胀聚热装置及其路基 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种无动力防冻胀聚热装置及其路基，涉及季节冻土多年冻土区工程建设技术领域。无动力防冻胀聚热装置包括太阳能吸热器、循环管、换能器和聚热管，其中，太阳能吸热器与换能器通过循环管连接成循环回路，循环回路中流通有液态循环工质，太阳能吸热器用于吸收太阳能、并通过液态循环工质将热量传递至换能器，聚热管包括相互连通的吸热段和放热段，吸热段插入换能器中，放热段用于插入路基中，吸热段用于吸收换能器的热量并传递至放热段，放热段用于加热路基。装置能够利用太阳、无动力传热，并通过路基的不断聚热，保持路基常年正温，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生。

Description

无动力防冻胀聚热装置及其路基

技术领域

本发明涉及季节冻土多年冻土区工程建设技术领域，具体而言，涉及一种无动力防冻胀聚热装置及其路基。

背景技术

在我国西部季节冻土区，在冬季受低温和负温气候环境变化影响，表层一定深度土体会发生冬季冻结，暖季和其它季节土体全部融化，在冻土学中称为季节冻土。如在青海省中部青海湖周边地区，最冷1月平均气温为-20.6℃，最大冻结深度可达1.8m，属于典型季节冻土区。该类地区地处滨海平原、冲积平原、冰原台地等地，地下水位浅，周边青藏公路、青藏铁路的路基含水率大。由于水冻结后会发生体积9％的膨胀，会导致路基冻结后冻胀的发生。随着冻结、融化循环导致路基路面、或轨道的抬升和沉降，对路基稳定性形成重要影响，对行车安全构成重要威胁，导致路基冻融灾害的发生。

对于该类问题，在常规地区对路基所使用的粗颗粒换填、化学注浆、防水帷幕等方法，但在季节冻土区由于受到列车正常行驶、不能中断等工程条件限制，以及受到土体冻融强烈作用导致的处置部位开裂、路基下部整体封闭极为困难，都导致了这些方法难以满足实际工程需要。

通过加热路基、防止路基冻结是一条较为可行的方法，但由于已有技术的研发的薄弱，尚缺乏能够适用于现场实际条件、满足实际需要的新型措施。

已有一些措施通过利用太阳能加热路基，如：申请号为201811518147.4的专利申请文献，公开一种路基用内循环式太阳能供热装置及路基防冻胀方法，该方法中加热管需要垂直设置，难以对路基底部水平、整体加热。申请号为201510040363.2的专利申请文献，公开一种防治寒区含水路基冻胀灾害的方法及集束式低温热管，该方法工作效率低，体积过大、且需要电能加热，难以满足野外无动力等工作条件。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无动力防冻胀聚热装置及其路基，其能够利用太阳、无动力传热，并通过路基的不断聚热，保持路基常年正温，有效避免季节冻土区路基冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种无动力防冻胀聚热装置，无动力防冻胀聚热装置包括太阳能吸热器、循环管、换能器和聚热管，其中，太阳能吸热器与换能器通过循环管连接成循环回路，循环回路中流通有液态循环工质，太阳能吸热器用于吸收太阳能、并通过液态循环工质将热量传递至换能器，聚热管包括相互连通的吸热段和放热段，吸热段插入换能器中，放热段用于插入路基中，吸热段用于吸收换能器的热量并传递至放热段，放热段用于加热路基。

这样，太阳能吸热器吸收太阳能、并通过循环管中的液态循环工质将热量传递至换能器，聚热管的吸热段吸收换能器的热量并传递至放热段，由放热段加热路基，使路基始终处于净吸热，并且内部热量不断累积，实现路基内部聚热和温度始终保持正温的状态，从而达到防治路基冻结、路基冻胀和工程病害产生的目的。

在可选的实施方式中，聚热管还包括吸热芯和相变工质，其中，吸热芯设置在聚热管的内壁上，相变工质填充在聚热管内。

这样，吸热段内部的液态的相变工质吸收换能器的热量转变为汽态，并在气压的推动下移动到放热段；在放热段汽态的相变工质冷凝转变为液态，并放出热量，同时，液态的相变工质在重力和吸热芯的毛细力的推动下，不断回流至吸热段。如此循环，聚热管不断将吸热段吸收的热能高效传输至路基内部的放热段，并加热聚热管周围的土体。

在可选的实施方式中，循环回路的数量为多个，多个循环回路间隔设置在吸热段上，聚热管还包括隔板，隔板间隔设置在吸热段的内壁上、且位于换能器的内部，隔板垂直于聚热管的长度方向，隔板用于限制至少部分液态的相变工质沿聚热管的长度方向流动、并使至少部分液态的相变工质处于换能器的内部。

这样，在聚热管内部的液态的相变工质向聚热管的一端流动时，隔板能够限制部分液态的相变工质处于换能器的内部，使换能器能够一次性加热较多的液态的相变工质，提高换能器对聚热管的传热效率。

在可选的实施方式中，聚热管还包括翅片，翅片设置在吸热段的外壁上、且位于换能器的内部。

这样，翅片能够增大与换能器中液态循环工质的接触面积，提高换能器中液态循环工质对聚热管的吸热段的传热效率。

在可选的实施方式中，无动力防冻胀聚热装置还包括压力保护单元，压力保护单元设置在循环管上，压力保护单元用于控制循环管内的压力处于预设范围内。

这样，在夏季，太阳光照射强烈，在太阳能吸热器持续加热循环管中的液态循环工质，使部分工质变为汽态，会急剧加大装置内部的压力，压力保护单元可以保证装置不受过压造成的不利影响。

在可选的实施方式中，压力保护单元包括壳体、汽液转换滤芯、正压压力阀、负压压力阀和散热翅片，其中，壳体的下端开口与循环管连通，壳体的上端开口安装正压压力阀和负压压力阀，汽液转换滤芯设置在壳体的内部，散热翅片设置在壳体的外壁上。

这样，在夏季白天，循环管中的部分液态循环工质变为汽态，并可以流经汽液转换滤芯，并在流动过程中，汽态工质不断降温转换为液态工质，并流回循环管中，或者，装置内部压力超过阈值，则由正压压力阀将汽态工质直接排出，对装置起到减压的作用；在夜晚，循环管中汽态工质大量冷凝液化，装置内部压力明显降低，当装置内部负压过大时，外部空气可经过负压压力阀进入装置内，提高装置的压力。

第二方面，本发明实施例提供一种无动力防冻胀聚热路基，无动力防冻胀聚热路基包括路基和前述实施方式任一项的无动力防冻胀聚热装置，其中，太阳能吸热器安装在路基的外部，聚热管的放热段插入路基的内部。

这样，路基内部聚热和温度始终保持正温的状态，从而达到防治路基冻结、路基冻胀和工程病害产生的目的。

在可选的实施方式中，聚热管的长度方向与水平面之间的夹角范围为：-30°～30°。

这样，在路基中安装聚热管方便，钻孔深度小和数量少，不会改变路基原有的工程结构，保证了原有路基的稳定，施工过程对列车正常行驶不构成影响，有效解决满足列车行驶条件下工程施工难题。

在可选的实施方式中，无动力防冻胀聚热路基还包括保温材料层，保温材料层设置在路基的坡面。

这样，保温材料层能够阻止路基内部的热量散失，在昼夜变化过程中有效保证路基内部热量的留存。

在可选的实施方式中，路基的相对两侧均设置有无动力防冻胀聚热装置，路基的一侧上间隔设置多个无动力防冻胀聚热装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的无动力防冻胀聚热路基的结构示意图；

图2为图1中无动力防冻胀聚热装置的结构示意图；

图3为图2中换能器和聚热管的剖视示意图；

图4为图3中结构的左视图；

图5为图2中聚热管的剖视示意图；

图6为图5中结构的左视图；

图7为聚热管与换能器的工作状态示意图；

图8为图2中压力保护单元的剖视示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种无动力防冻胀聚热路基的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种无动力防冻胀聚热路基的结构示意图；

图11为路基布设聚热管30天后的模拟计算结果地温场示意图。

图标：1-无动力防冻胀聚热路基；2-无动力防冻胀聚热装置；3-太阳能吸热器；4-循环管；5-换能器；6-聚热管；61-吸热段；62-放热段；63-翅片；64-吸热芯；65-隔板；66-相变工质；7-压力保护单元；71-壳体；72-汽液转换滤芯；73-正压压力阀；74-负压压力阀；75-散热翅片；8-保温材料层；9-锚杆；10-路基。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种无动力防冻胀聚热路基1，无动力防冻胀聚热路基1包括路基10、无动力防冻胀聚热装置2和保温材料层8。

具体的，请参考图1和图2，无动力防冻胀聚热装置2包括太阳能吸热器3、循环管4、压力保护单元7、换能器5和聚热管6。其中，太阳能吸热器3可以设置在路基10的阳坡侧、靠近坡脚天然地表区域，也可以设置在路基10的阴坡层、太阳冬季能够照射到的天然地表区域。

太阳能吸热器3与换能器5通过循环管4连接成循环回路，太阳能吸热器3的上端为出口端，也为循环管4的入口，太阳能吸热器3的下端为进口端，也为循环管4的出口。循环回路中流通有液态循环工质，太阳能吸热器3用于吸收太阳能、并通过液态循环工质将热量传递至换能器5。其中，循环管4可以采用金属管或耐野外太阳辐射、抗老化的非金属管。液态循环工质采用在-30℃条件下不冻结的不冻液，且具有良好流动性。

其中，太阳能吸热器3可以由单个或多个吸热单元相互并联组合而成，只要能够使太阳能吸热器3高度适中，总体重心与聚热管6的重心基本重合。太阳能吸热器3主要采用高度适中、低矮宽大相互并联的设计方式，不仅由此提高大风野外恶劣环境下的稳定性，同时也由于加热单元在整体装置中处于相对低位，更加有利于整体装置无动力条件下的循环过程。

本实施例中，循环回路的数量为两个，两个循环回路间隔设置在吸热段61上，也就是说，在吸热段61上间隔设置有两个循环回路，相比于设置单个循环回路，能够提高对聚热管6的加热效率。在其它实施例中，可以根据加热效率的需求，设置更多数量的换能器5和循环回路。

其中，聚热管6属于异形热管的类型。聚热管6包括相互连通的吸热段61和放热段62，吸热段61插入换能器5中，使换能器5充分包裹加热段，换能器5与吸热段61组成密闭容器，换能器5中的液态循环工质可以流经吸热段61的外壁。

放热段62从路基10的半坡与坡脚之间的范围插入路基10中，而且插入方向垂直于路基10的长度方向。聚热管6的长度可以根据现场实际条件确定。吸热段61用于吸收换能器5的热量并传递至放热段62，放热段62用于加热路基10。其中，聚热管6的长度方向与水平面之间的夹角范围为：-30°～30°，本实施例中，优选聚热管6的放热段62相对于吸热段61向上翘起5°～10°，也就是说，如图1中，聚热管6的长度沿x方向延伸、且向y方向的上仰角为：5°～10°，使聚热管6的长度横跨路基10的大部分宽度，聚热管6的高度位置大致位于路基的中下位置。这样，在路基10中安装聚热管6方便，钻孔深度小和数量少，不会改变路基10原有的工程结构，保证了原有路基10的稳定，施工过程对列车正常行驶不构成影响，有效解决满足列车行驶条件下工程施工难题。而且，聚热管6内部由于吸液芯的布设，以及吸热段61相对放热段62存在一定的高度差，在重力、毛细力作用下很容易实现水平热管的功效，实现水平方向的热量的高效传递，由此实现整体装置的无动力高效传热。

保温材料层8设置在路基10的坡面，可以覆盖路基10的整个坡面，并通过锚杆9固定。在其它实施例中，还可以通过在保温材料层8的外表面覆盖薄层土层或其它材料，以压实固定保温材料层8。保温材料层8可以选用建筑岩棉保温材料或一体保温板。具体的，路基10的阳坡坡面和阴坡坡面都可以设置保温材料层8，能够阻止路基10内部的热量散失，在昼夜变化过程中有效保证路基10内部热量的留存。

请参阅图3和图4，为增加聚热管6的吸热效率，聚热管6还包括翅片63，翅片63设置在吸热段61的外壁上、且位于换能器5的内部，翅片63沿吸热段61的长度方向延伸。翅片63能够增大与换能器5中液态循环工质的接触面积，提高换能器5中液态循环工质对聚热管6的吸热段61的传热效率。

请参阅图5和图6，聚热管6还包括吸热芯64、隔板65和相变工质66。具体的，吸热芯64设置在聚热管6的内壁上，相变工质66填充在聚热管6内，在吸热芯64的毛细吸力作用下使得聚热管6的内壁上全面吸附工质，在工作过程中，聚热管6全部内壁表面的工质汽化，相对于没有吸液芯的管子，工质的蒸发面积成倍增加，使得汽化量和汽态工质数量成倍增加，由此使得整个聚热管6的工作效能成倍增加。

请参阅图6和图7，隔板65间隔设置在吸热段61的内壁上、且位于换能器5的内部，隔板65垂直于聚热管6的长度方向。因为聚热管6的放热段62相对于吸热段61较高，在聚热管6内部的液态的相变工质66向吸热段61一端流动时，隔板65用于截流部分液态的相变工质66，隔板65间隔设置使得相变工质66均布于聚热管6的吸热段61和换能器5对应位置，使换能器5能够一次性加热较多的液态的相变工质66，提高换能器5对聚热管6的传热效率。

请参阅图8，为防止太阳能吸热器3和换能器5内因工质高温蒸发产生较大气压，影响循环管4内的工质循环，循环管4上安装压力保护单元7，压力保护单元7用于控制循环管4内的压力处于预设范围内。具体的，压力保护单元7包括壳体71、汽液转换滤芯72、正压压力阀73、负压压力阀74和散热翅片75，其中，壳体71和散热翅片75采用金属制成，壳体71的下端开口与循环管4连通，壳体71的上端开口安装正压压力阀73和负压压力阀74，汽液转换滤芯72设置在壳体71的内部，散热翅片75设置在壳体71的外壁上。这样，在夏季白天，循环管4中的部分液态循环工质变为汽态，并可以流经汽液转换滤芯72，并在流动过程中，汽态工质不断降温转换为液态工质，并流回循环管4中，或者，装置内部压力超过阈值，则由正压压力阀73将汽态工质直接排出，对装置起到减压的作用；在夜晚，循环管4中汽态工质大量冷凝液化，装置内部压力明显降低，当装置内部负压过大时，外部空气可经过负压压力阀74进入装置内，提高装置的压力。由此保证系统整体不受过压造成的不利影响。

本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基的工作原理：

(a)在白天日照条件下，太阳能吸热器3吸收太阳辐射能，并加热内部的液态循环工质，被加热的液态循环工质随着温度的升高，工质体积膨胀、密度减少，相对换能器5内部的工质会产生重力差，工质在重力差推动下，温度较高的工质流经换能器5放热、温度降低，并保持重力差的存在，由此不断循环，在没有外在动力推动的条件下，依靠自身对流换热过程发生热量从太阳能吸热器3向聚热管6的吸热段61自动转换；

(b)随着吸热段61不断被加热，在吸热段61内部液态的相变工质66不断转换为汽态工质，通过相变吸收热量，并在气压推动下运移到放热段62；在放热段62，汽态工质冷凝转换为液态工质，通过相变放出热量；同时，该液态工质在重力和吸热芯64毛细力的推动下不断回流至吸热段61，如此循环，不断将吸热段61的热能高效传输至路基10内部的放热段62，并加热聚热管6周围的土体；

(c)在夜间或无太阳辐射的阴天低温环境下，路基10外侧的保温材料层8能够有效阻止路基10内部热量的大量丧失。

在上述昼、夜循环和传热过程中，路基10始终处于净吸热和内部热量不断累积的过程中，由此达到路基10内部聚热和温度始终保持正温的状态，从而达到防治路基10冻结、路基10冻胀和工程病害产生的目的。

这里需要说明的是，根据实际现场场地条件，聚热管6可以只设置在路基10阳坡一侧或阴坡一侧，也可以设置在路基10两侧。本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置2除了设置在路基10的一侧，请参阅图9，针对较宽的路基10，例如铁路双向或多股轨道等宽幅路基10，路基10放热和冻结强度更大、路基10下部和中心冻胀工程病害更加突出，路基10的相对两侧均可以设置有无动力防冻胀聚热装置2，而且，针对需要长距离加热的路基10，路基10的一侧上还可以间隔设置多个无动力防冻胀聚热装置2，相邻两个聚热管6的间距可以是1m～5m，实现在宽幅路基10上的均衡、平整防冻胀的目标的实现。

本实施例提供的聚热管6除了采用直线型的，请参阅图10，聚热管6还可以采用折线型的，也就是说，聚热管6的吸热段61与放热段62呈一定角度，这样，可以使吸热段61保持大致水平的设置，便于吸热段61布置和连接换能器5，也可以使放热段62延伸至路基10中最需要加热的区域，例如，放热段62可以沿路基的坡面进行布设，通过热传导对路基10进行加热。

可见，在实际应用过程中，可根据路基10走向、高低等工程条件，太阳辐射和场地周围环境条件等实际情况，进行聚热管6、保温材料层8和太阳能吸热器3的灵活设置和组合，比如调整聚热管6的埋设角度和间距、保温材料层8的一侧或两侧的设置，甚至增加一层辅助保温层等，以调整路基10地温场升温强度和作用区域，达到最佳地温调控效果。

本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基可以主要运用于我国西部季节冻土区，充分利用我国西部地区丰富太阳能资源优势，通过路基10地温场平整加热、路基10易冻胀部位重点调控，实现路基10均衡地温调控，保持路基10常年正温，有效避免季节冻土区路基10冻胀、不均匀起伏等工程病害的产生。

本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基与现有工程技术相比，至少具有以下优点：

1.与现有注浆工程技术相比，本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基，首先，聚热管6是从路基10下部以大致水平的方向向路基10内部延伸，主要覆盖路基10底部大部分区域，相比现有注浆工程中竖直向下钻孔，可以减少钻孔数量和钻孔深度，其次，现有注浆工程会改变路基的工程结构，本实施例中主要为改变路基10热学性质的地温调控，主要作用于路基10中水分富集、冻结后产生体积膨胀的区域，不改变路基10原有的工程结构；最后，现有注浆工程没有采用保温材料层8，本实施例中保温材料层8能够阻止路基10内部的热量散失，在昼夜变化过程中有效保证路基10内部热量的留存；

2.与现有电加热工程技术相比，现有电加热工程通过路基内部电加热措施对路基加热，需要外在电力供给，要求专门电力线路修建和布设，每年不仅大量消耗电力资源，而且内部电子电加热系统在野外使用条件下，发生故障运维成本大，本实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基没有外在动力能源、自主循环，通过充分利用当地丰富太阳能资源，实现对路基10加热的目的，节省能源，绿色环保；

综上，实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基与现有工程技术相比具有显著的进步，并且实现对季节冻土区路基10病害中冻融关键要素的控制，起到事半功倍的效果，也实现了路基10地温等值线水平均衡、对称分布，消除路基10热力耦合的差异影响，进一步增强路基10力学场稳定。这些都有效避免路基10，特别是宽幅路基10，不均匀冻胀、纵向开裂等工程病害的产生，保证路基10的长期稳定性，因此本发明实施例具有突出科学性和先进性。

在施工方面，本实施例解决了现有工程施工的难题。本实施例中施工部位在路基10的一侧或两侧，施工方式为水平打孔，对路基10为点式施工，对路基10填土钻进速度快，开孔口径小，对路基10稳定性没有影响；而且在实施过程中仅为开孔、插孔，没有以往注浆、换填等措施，不会对路基10产生大范围扰动和力学性质的改变，这些都进一步保证了原有路基10的稳定，施工过程对列车正常行驶不构成影响，实现了在列车行驶条件下工程施工的要求。

在稳定性方面，本实施例中，太阳能吸热器3采用高度适中、低矮宽大、相互串接方式，不仅增加装置整体在我国西部大风恶劣环境下的稳定性，而且加热单元重心的降低有助于装置的整体热循环推力的形成和增加，并保证整个循环和换热过程的顺畅、高效工作。

为验证本发明实施例提供的无动力防冻胀聚热装置及其路基的调控效能，结合青藏铁路西宁至格尔木试验工程现场地质情况，进行工程措施作用下的数值模拟仿真计算。

实例：在高度为2.0m、顶面宽度为7.5m的青藏铁路路基阴坡一侧坡面上，在0.5m高度位置将聚热管6基本水平插入路基的内部，放热段62长度为8m，聚热管6沿路基长度方向的间距为2m。在加热系统设置中，加热功率参照现有1m²的太阳能热水器在该类地区加热功率900W，工作时间按照白天10点至下午4点，换热功率按照50％进行折减和计算。为进一步验证该种措施的在不利条件下的有效性，在模拟计算中路基坡面没有铺设保温材料层8。

在该工况下，12月15日设置聚热管6，在当年冬季1月15日，在布设聚热管6天后的模拟计算结果地温场如图11所示，具体的，图11为第30天路基经过一个晚上的散热过程，早晨8:30时刻、外界环境温度最低条件下路基地温剖面图。可以看出，(a)在地温量值特征方面，路基内大部分区域地温处于正温状态，路基下部持力层、水分较高部位地温处于相对高温区域，最高温度可达18℃；(b)在地温场形态特性方面，地温等值线整体呈现水平、相互平行的形态特性，特别是0℃等温线分布平整，即冻结区域、正温区域相互平行，其中，冻结区域在路基上部仅有少量、呈薄层线分布，且均匀、对称分布，能有效解决冻土工程难题，具体表现如下：

(1)改善了原有路基中心区域温度场温度状态，满足季节冻土区铁路路基温度场调控要求，通过图11可以看出，本实施例实施后，路基中心区域、主要持力层的地温均处于正温状态，并在路基中心形成正温、高温土核，而且由于该部分土体水分含量较高、热容量大和聚集热量多，这些都提高了路基对外界环境温度降低的抗冻胀能力；

(2)温度场0℃地温等值线及其它等温线分布完全水平、平整，且冻结区域呈薄层线分布在路基顶部及靠近护坡处，大幅度提高路基稳定性，从图11可以看出，路基温度场分布平整，尤其是0℃等温线分布平整，在路基内整体呈上凸分布，在初春大气降水、冻融交替作用频繁阶段，有利于路基内水分的外排，这将显著消减路基的冻胀量；

(3)消除了阴阳坡效应影响，基本消除路基纵向开裂工程病害，从图11可以看出，路面以下的路基温度场基本以路基中心呈对称分布，且路基内温度场等温线分布平整，加上冻结区仅分布在路基顶面及护坡下较薄条形的区域，这将进一步减弱部分冻结部位产生的少量的横向差异冻胀量，进一步消除路基发生纵向开裂的可能。

本实例仅是为了本发明所做的代表性分析，其结论在趋势上(具体数值上会有区别)基本代表本发明所能达到的效果。

此外，模拟计算表明，按照本实施例提供的结构进行季节冻土区铁路修筑，路基在运营期间一直进行热能的存储，路基内冻结区将随运行时间而减小，因此该结构可以满足路基力学稳定性所需要求，并可维持路基长期稳定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种无动力防冻胀聚热装置，其特征在于，所述无动力防冻胀聚热装置包括太阳能吸热器(3)、循环管(4)、换能器(5)和聚热管(6)，其中，所述太阳能吸热器(3)与所述换能器(5)通过所述循环管(4)连接成循环回路，所述太阳能吸热器(3)的上端为出口端，也为所述循环管(4)的入口，所述太阳能吸热器(3)的下端为进口端，也为所述循环管(4)的出口，所述循环回路中流通有液态循环工质，所述太阳能吸热器(3)用于吸收太阳能、并通过所述液态循环工质将热量传递至所述换能器(5)，所述聚热管(6)包括相互连通的吸热段(61)和放热段(62)，所述吸热段(61)插入所述换能器(5)中，所述换能器(5)充分包裹所述吸热段(61)，所述换能器(5)与所述吸热段(61)组成密闭容器，所述换能器(5)中的所述液态循环工质流经所述吸热段(61)的外壁，所述放热段(62)用于插入路基(10)中，所述放热段(62)从路基10的半坡与坡脚之间的范围插入所述路基(10)中，而且插入方向垂直于所述路基(10)的长度方向，所述聚热管(6)的所述放热段(62)相对于所述吸热段(61)向上翘起5°～10°，所述吸热段(61)用于吸收所述换能器(5)的热量并传递至所述放热段(62)，所述放热段(62)用于加热所述路基(10)；

所述无动力防冻胀聚热装置还包括压力保护单元(7)，所述压力保护单元(7)设置在所述循环管(4)上，所述压力保护单元(7)用于控制所述循环管(4)内的压力处于预设范围内，所述压力保护单元(7)包括壳体(71)、汽液转换滤芯(72)、正压压力阀(73)、负压压力阀(74)和散热翅片(75)，其中，所述壳体(71)的下端开口与所述循环管(4)连通，所述壳体(71)的上端开口安装所述正压压力阀(73)和所述负压压力阀(74)，所述汽液转换滤芯(72)设置在所述壳体(71)的内部，所述散热翅片(75)设置在所述壳体(71)的外壁上；

所述聚热管(6)还包括吸热芯(64)和相变工质(66)，其中，所述吸热芯(64)设置在所述聚热管(6)的内壁上，所述相变工质(66)填充在所述聚热管(6)内；

所述循环回路的数量为多个，多个所述循环回路间隔设置在所述吸热段(61)上，所述聚热管(6)还包括隔板(65)，所述隔板(65)间隔设置在所述吸热段(61)的内壁上、且位于所述换能器(5)的内部，所述隔板(65)垂直于所述聚热管(6)的长度方向，所述隔板(65)用于限制至少部分液态的所述相变工质(66)沿所述聚热管(6)的长度方向流动、并使至少部分液态的所述相变工质(66)处于所述换能器(5)的内部。

2.根据权利要求1所述的无动力防冻胀聚热装置，其特征在于，所述聚热管(6)还包括翅片(63)，所述翅片(63)设置在所述吸热段(61)的外壁上、且位于所述换能器(5)的内部。

3.一种无动力防冻胀聚热路基，其特征在于，所述无动力防冻胀聚热路基包括路基(10)和权利要求1～2任一项所述的无动力防冻胀聚热装置，其中，所述太阳能吸热器(3)安装在所述路基(10)的外部，所述聚热管(6)的所述放热段(62)插入所述路基(10)的内部。

4.根据权利要求3所述的无动力防冻胀聚热路基，其特征在于，所述无动力防冻胀聚热路基还包括保温材料层(8)，所述保温材料层(8)设置在所述路基(10)的坡面。

5.根据权利要求3所述的无动力防冻胀聚热路基，其特征在于，所述路基(10)的相对两侧均设置有所述无动力防冻胀聚热装置，所述路基(10)的一侧上间隔设置多个所述无动力防冻胀聚热装置。

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