加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统及方法与流程

本发明属于岩土工程的地基处理领域,尤其涉及一种加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统。

背景技术：

软土层渗透性差，工程上往往作为不透水层处理，同时软土层具有强度低和压缩性高的特点，若不对软土层进行地基处理容易产生不均匀沉降导致房屋倾斜开裂或路面开裂。目前对软土层的地基处理主要采用排水固结法，例如在软土层中打入排水板使软土排水固结，从而加固软土层，但是只用排水板对于渗透性差的软土具有处理时间过长的问题。而基于电渗的排水固结法可以显著加快软土的固结排水，但是电渗固结法较耗费电能，因而限制了电渗固结排水的应用。因此需要一种降低电能消耗的电渗排水板系统。

技术实现要素：

本发明为了克服现有电渗法结合排水板加固软土地基电能消耗大的问题，本发明提供了一种加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统，所述透水土层为渗透性明显高于软土层的砂层或石砾层。

本发明的技术方案：一种加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统，包括温差发电排水板、加热装置、冷却装置、电场施加装置；所述温差发电排水板包含依次连接的加热段、排水段和冷却段，所述排水段由滤层包裹加热膜、冷却膜、正极导线、负极导线和若干温差发电单元，所述温差发电单元包含依次连接的第一冷端导电板、p型半导体柱、热端导电板、n型半导体柱和第二冷端导电板；所述加热装置为聚焦太阳光线加热装置，能对温差发电排水板的加热段加热；所述冷却装置包括加压泵、抽水泵、注水管和抽水管；所述电场施加装置包含电源、蓄电池、正极导电棒、负极导电棒；

所述温差发电排水板的加热段位于地表以上，排水段位于软土层中，冷却段位于透水层中；

所述排水段中的热端导电板贴在加热膜上，第一冷端导电板和第二冷端导电板贴在冷却膜上，第一冷端导电板和正极导线连接，第二冷端导电板和负极导线连接；所述加热膜和加热段连接；所述冷却膜和冷却段连接；所述正极导线和负极导线分别和蓄电池连接；

所述加压泵和注水管连接，所述抽水泵和抽水管连接，所述注水管穿过软土层插入透水层中，所述抽水管穿过软土层插入透水层中；

所述正极导电棒和负极导电棒可以和电源连接或和蓄电池连接，所述正极导电棒和负极导电棒插入软土层中，所述温差发电排水板位于正极导电棒和负极导电棒之间。

优选的，所述聚焦太阳光线加热装置包含依次连接的凹面反光镜、凹面反光镜转动控制系统和底座，所述凹面反光镜转动控制系统为计算机实时计算并自动控制转动凹面反光镜从而将太阳光聚焦到排水板的加热段上，从而有效提高温差发电排水板上加热段的温度。

优选的，加热膜和冷却膜为导热绝缘高分子膜，可以有效将加热段的温度传导至温差发电单元的热端导电板，同时可以有效将温差发电单元的冷端导电板的热量传导至透水层中的冷却段，另外具有良好柔性可以随排水板卷曲。

优选的，所述温差发电单元、热端导电板、第一冷端导电板、第二冷端导电板、加热膜、冷却膜、正极导线、负极导线、加热段和冷却段连接完成后，将上述装置用绝缘隔热膜封装。

一种加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统的方法，包括如下述步骤：

步骤1：在软土层中施加电场：在软土层中插入正极导电棒和负极导电棒，正极导电棒和负极导电棒分别和电源连接；

步骤2：温差发电排水板插入正极导电棒和负极导电棒之间的软土层中，其中温差发电排水板的加热段位于地表以上，排水段位于软土层中，冷却段位于透水层中，软土层中的水在电场作用下流经温差发电排水板的排水段并经滤层进入排水段从而排出到地表；

步骤3：温差发电给蓄电池充电：用聚焦太阳光线加热装置给温差发电排水板的加热段加热，加热段通过加热膜将热量传递到温差发电单元的热端导电板；用冷却装置给温差发电排水板的冷却段散热，冷却段通过冷却膜给温差发电单元的第一冷端导电板和第二冷端导电板散热，这时在温差发电单元中的第一冷端导电板和第二冷端导电板之间产生电势差；第一冷端导电板和正极导线连接，第二冷端导电板和负极导线连接，同时正极导线和负极导线分别和蓄电池连接并给蓄电池充电；

步骤4：蓄电池的正负极分别连接正极导电棒和负极导电棒，给软土层施加电场，减少电渗法固结排水的电能消耗。

优选的，步骤3中冷却装置给温差发电排水板的冷却段散热方法为：所述抽水泵和抽水管连接，所述注水管穿过软土层插入透水层中，所述抽水管穿过软土层插入透水层中，加压泵通过注水管给透水层注水，抽水泵通过抽水管抽水，在这个过程中带动透水层中水的流动，从而有效降低温差发电排水板上冷却段的温度。

本发明的有益效果是克服现有电渗法结合排水板加固软土地基时电能消耗大的问题，本发明基于温差发电减少电渗法固结排水的电能消耗。

附图说明

图1为本发明的整体组装结构示意图；

图2为本发明的温差发电排水板纵截面示意图；

图3为本发明的温差发电排水板的排水段横截面示意图；

图4为本发明的温差发电排水板的排水段三维示意图；

图5为本发明的温差发电单元、加热膜和冷却膜三维示意图；

图6为本发明的温差发电单元和蓄电池示意图；

图中1.温差发电排水板的加热段，2.温差发电排水板的排水段，3.温差发电排水板的冷却段，4.聚焦太阳光线加热装置，5.软土层，6.透水层，7.加压泵，8.注水管，9.抽水泵，10.抽水管，11.注水管的水流方向，12.透水层中的水流方向，13.抽水管中的水流方向，14.电源，15.正极导电棒，16.负极导电棒，17.温差发电单元，18.加热膜，19.冷却膜，20.滤层，21.正极导线，22.负极导线，23第一冷端导电板，24.p型半导体柱，25.热端导电板，26.n型半导体柱，27.第二冷端导电板，28.蓄电池。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1-图6中一种加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统，包括温差发电排水板、加热装置、冷却装置、电场施加装置；所述温差发电排水板包含依次连接的加热段1、排水段2和冷却段3，所述排水段2由滤层20包裹加热膜18、冷却膜19、正极导线21、负极导线22和若干温差发电单元17，所述温差发电单元17包含依次连接的第一冷端导电板23、p型半导体柱24、热端导电板25、n型半导体柱26和第二冷端导电板27；所述加热装置为聚焦太阳光线加热装置4，能对温差发电排水板的加热段1加热；所述冷却装置包括加压泵7、抽水泵9、注水管8和抽水管10；所述电场施加装置包含电源14、蓄电池28、正极导电棒15、负极导电棒16；

所述温差发电排水板的加热段1位于地表以上，排水段2位于软土层5中，冷却段3位于透水层6中；

所述排水段2中的热端导电板25贴在加热膜18上，第一冷端导电板23和第二冷端导电板27贴在冷却膜19上，第一冷端导电板23和正极导线21连接，第二冷端导电板27和负极导线22连接；所述加热膜18和加热段1连接；所述冷却膜19和冷却段3连接；所述正极导线21和负极导线22分别和蓄电池28连接；

所述加压泵7和注水管8连接，所述抽水泵10和抽水管10连接，所述注水管8穿过软土层5插入透水层6中，所述抽水管10穿过软土层5插入透水层6中；

所述正极导电棒15和负极导电棒16可以和电源14连接或和蓄电池28连接，所述正极导电棒15和负极导电棒16插入软土层5中，所述温差发电排水板位于正极导电棒15和负极导电棒16之间。

本发明加固位于透水土层上软土层的节能电渗排水板系统的方法，包括如下述步骤：

步骤1：如图1所示，在软土层5中施加电场：在软土层5中插入正极导电棒15和负极导电棒16，正极导电棒15和负极导电棒16分别和电源14连接；

步骤2：如图1所示，温差发电排水板插入正极导电棒15和负极导电棒16之间的软土层5中，其中温差发电排水板的加热段1位于地表以上，排水段2位于软土层5中，冷却段3位于透水层6中，软土层5中的水在电场作用下流经温差发电排水板的排水段2并经滤层20进入排水段2从而排出到地表；

步骤3：温差发电给蓄电池28充电：用聚焦太阳光线加热装置4给温差发电排水板的加热段1加热，加热段1通过加热膜18将热量传递到温差发电单元17的热端导电板25；所述抽水泵9和抽水管10连接，所述注水管8穿过软土层5插入透水层6中，所述抽水管10穿过软土层5插入透水层6中，加压泵7通过注水管8给透水层6注水，抽水泵9通过抽水管10抽水，这时形成注水管的水流方向11、透水层中的水流方向12和抽水管中的水流方向13，在这个过程中带动透水层6中水的流动，从而有效降低温差发电排水板上冷却段3的温度，冷却段3通过冷却膜19给温差发电单元的第一冷端导电板23和第二冷端导电板27散热，这时在温差发电单元中的第一冷端导电板23和第二冷端导电板27之间产生电势差；第一冷端导电板23和正极导线21连接，第二冷端导电板27和负极导线22连接，同时正极导线21和负极导线22分别和蓄电池28连接并给蓄电池28充电；

步骤4：蓄电池28的正负极分别连接正极导电棒21和负极导电棒22，给软土层5施加电场，减少电渗法固结排水的电能消耗。