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龙图腾网获悉中山大学申请的专利一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119711275B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411953622.6，技术领域涉及：E01C3/06；该发明授权一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法是由郭成超;裴磊洋;秦磊;赵烨敏;史志闯;史菲帆;安治文;朱昱辉设计研发完成，并于2024-12-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法。包括预制管涵结构、水力驱动发电装置、工控机、蓄电池、信息采集及储存装置、无线信号发射器、电力驱动降温装置和传感器单元。本发明具有如下优点：全季节通用。智能化程度高，工控机根据传感器反馈的路基温湿度状况控制电力驱动降温装置工作效率，将路基的温湿度状况始终控制在一个保证路基稳定性和道路通车安全的范围内。工控机和蓄电池的选型适用于寒区低温工作，埋置传感器采用双份埋置，其他配件的方便更换，都可延长冻土路基降温系统的使用寿命。监测数据的可拷贝性使得科研单位可以不断对利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法进行迭代更新，更加发挥优良的性能。

本发明授权一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种利用管涵流水势能的冻土路基降温系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤： 包括如下步骤： S1：在路基结构9中埋置预制管涵结构1和电力驱动降温装置7，将水力驱动发电装置2安装在预制管涵结构1中；其中，水力驱动发电装置2的水轮机安装位置按照数值模拟结果的位置在预制管涵结构1中进行安装，其他部件安装在水位线之上，一般位于预制管涵结构1内部的顶部；路基中埋置的双层PU板根据现场水文资料和道面结构参数的模拟结果进行深度、厚度和间距的安装铺设； S2：在夏季，融化的冰川雪水在路基一侧汇集之后通过管涵流向下游，带动水力驱动发电装置2中的水轮机21转动产生压力，压力通过压力管22转送到转台23，转台23的主动轮转动通过皮带25带动发电机24的从动轮转动进行发电，然后产生电能，存蓄到蓄电池4中； S3：工控机3通过分析传感器单元8测得的道路温湿度数据、变形数据、土压力数据和车辆经过时的振动加速度数据，计算得到道路需要降低的温湿度数据； 以道基土体为研究对象，可知土体松动后将处于无约束或弱约束状态；假设将表层土体在深度方向分成n层带质量和阻尼的弹簧单元，每个单元同相邻上下层的单元并联，动力作用逐层传递并衰减；易知，当振动来自表层时，顶部单元受到振动作用影响最大，随着深度的增加，响应变小；当振动源来自底部时，视能量大小将诱发模型上部部分弹簧的关联振动； 假定底部第n层土体弹簧单元受到外力Fnt的激励作用，传递到第j层的力为Fjt1≤i≤j≤n；考虑阻尼作用，Fjt将随着j的减小而逐渐降低直至为零，则可建立弹簧单元的振动方程，见式2： 式中：mj,kj和cj分别是土体弹簧单元j的质量系数、刚度系数和阻尼系数，1≤i≤j≤n；xj是弹簧单元j的水平位移值；取第j层弹簧单元进行振动分析，振动方程见式3： 利用Duhamel积分原理，假设Fjt遵从Fjt＝ajt+bj衰减规律，则式3的理论解如式4所示： 式中：ωj2＝kjmj，ξj＝cj2mjωj， 将弹簧单元的已知条件带入式3的理论解式4中，用MATLAB进行计算可知：假设融化过程中的弹簧单元阻尼cj变化不大，当弹簧单元刚度kj变大，其动变形量xj变小，道基土体松散程度变低；从而，通过监测车辆动荷载作用下道基坡顶部边缘土体的动变形量计算得到kj，即可评价道基土体松散程度、预测道基稳定性；对于存在冻融破坏现象的寒区机道基，冬季冻结期土体松散程度降低、春融期土体松散程度上升，使得kj发生着显著的周期性变化； 升温过程中，道基冻结土体中心部位由完全冻结状态转变为完全融化状态；在完全冻结状态，各层弹簧单元的kj相同，因而冻结土体中心位置响应频率与底部输入频率一致；当土样处于部分融化状态时，土体弹性变形能力逐渐恢复，土体中心位置下部各弹簧单元产生并联振动；假设此时总体刚度为K，则1K＝1kn+1kn-1+…+1ki-1+1ki；当i越小，即计算位置距离车辆荷载位置越远时，K越小；因此，当冻结土体开始融化时，中心位置振动频率增加，体现了振动响应的动态放大效应；当土体完全融化后，土体动力响应频率达到极值并基本保持稳定，该频率极值体现了冻融作用影响后土体的松散度；由室内试验结果可知，在相同初始道基压实度情况下，含水率越高、冻胀对土体的完整性破坏作用越强、土体松散度越大，完全融化后土体的振动响应频率越大，更易造成道基坡顶边缘位置土体稳定性下降，在外荷载扰动下诱发局部失稳破坏； 因此，可通过在道基坡顶边缘浅层埋设加速度传感器采集车辆经过时引起的土体振动响应，根据响应频率的变化进行土体松散度评价和稳定性监测；进而反馈给工控机需要降低的温度； S4：工控机3控制电力驱动降温装置7工作；电力驱动降温装置的制冷过程为：首先液态制冷剂77进入蒸发器75后吸收周围冻土层的热量变为低温低压气态制冷剂77，由此产生制冷效果；气态制冷剂77被压缩机72抽吸并压缩为高温高压气体，冷凝温度升高；然后高温高压气体进入冷凝器71，在冷却风机辅助下将热量释放到环境，液化后进入蒸发器75重新气化制冷； S5：蒸发器75附近冻土地基中的温度传感器78实时地将温度反馈给控制器73，根据预设温度值动态地调节压缩机72的运行状态；电力驱动降温装置7和传感器单元8在工控机3的动态调节下，道路的温湿度状况始终维持在一个稳定的状态，道路的沉降变形变少，因此产生的病害也会变少； S6：传感器单元8监测的道基结构水文地质和动力响应数据会存储在信息采集及储存装置5中；无线信号发射器6和信息接受终端接收器具有独立的识别码系统，连接上之后直接进行数据传输，信息传输有信号指示灯； S7：工控机3通过构建人工神经网络模型，以信息采集及储存装置5中的道基历史监测数据为基础，进行模型训练，识别道基结构中细微但关键的结构性能变化趋势，对道基中的结构性损伤进行预警，并生成包含路基结构稳定度和结构性损伤预警的道基结构状况报告；最终，工作人员连同道基结构状况报告和历史监测数据压缩包通过与无线信号发射器6匹配的终端进行拷贝回去进行数据的深入挖掘分析，为研究寒区道路工程提供依据； S8：蓄电池4存储的流水动能转化成的电能和太阳能转换成的电能也在电力驱动降温装置7的地面部分设置输出插口，为进行科研工作和日常维护的用电装置提供电能； 所述冻土路基降温系统设置于路基结构9内部，包括预制管涵结构1、水力驱动发电装置2、工控机3、蓄电池4、信息采集及储存装置5、无线信号发射器6、电力驱动降温装置7和传感器单元8；所述的工控机3、蓄电池4、信息采集及储存装置5和无线信号器发射器6构成集成组件，集成组件中各个组件之间电连接，所述集成组件位于预制管涵结构1内部的顶部；蓄电池4用于为本设备中各用电部件供电；所述预制管涵结构1内部还设置有水力驱动发电装置2；所述预制管涵结构1外部连接有电力驱动降温装置7和传感器单元8；所述工控机3与传感器单元8连接； 所述水力驱动发电装置2包含水轮机21、压力管22、转台23、发电机24和皮带25；所述转台23与发电机24之间通过皮带25传动；所述转台23通过压力管22与水轮机21连接；所述发电机24与蓄电池4连接； 其中，除水力驱动发电装置2的水轮机21布置在预制管涵结构1底部之外，其他装置都放置于预制管涵结构1顶部； 所述电力驱动降温装置7包含冷凝器71、压缩机72、控制器73、保护外壳74、蒸发器75、铜管76、制冷剂77和温度传感器78；所述冷凝器71与压缩机72连接；所述冷凝器71、压缩机72和控制器73均设置于保护外壳74内部；所述压缩机72下方连接有铜管76，所述铜管76的内部填充有制冷剂77，所述铜管76的外部设置有蒸发器75与温度传感器78；所述温度传感器78反馈蒸发器75温度给控制器73；所述控制器73控制冷凝器71、压缩机72和蒸发器75，调节冷凝器71、压缩机72、蒸发器75工作功率；所述蒸发器75与温度传感器78连接； 其中，保护外壳74在四周表面铺设太阳能电池板，在夏季电力需求较大时弥补水力驱动发电装置的供电压力；在保护外壳位置留置取电孔，方便道面检测人员取电用电；工控机通过传感器单元8采集的数据反馈调控电力驱动降温装置进行路基温度的调节； 所述预制管涵结构1在工厂预制时预留水力驱动发电装置的安装孔位和电缆穿过孔位，并通过具有防水密封性能的水下不分散高聚物进行水力驱动发电装置2安装后和电缆穿过后孔位的密封； 所述水力驱动发电装置2、电力驱动降温装置7、传感器单元8和集成组件通过管涵后的JHS防水电缆相连接。

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