路域光伏发电组件对路基边坡稳定性及交通安全的影响研究.pdf

摘要

交通运输行业是我国三大高碳排放领域之一，采用光伏等可再生能源可以有

效减少交通运输行业的碳排放，充分利用路域土地资源进行发电，从而推动交通行

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业的绿色低碳转型。为此，交能融合正在成为一种新的理念，“光伏公路模式”成

为交通和能源两大行业绿色转型重要路径之一。目前我国交能融合尚处于起步阶

段，尚有许多问题需要解决，特别是作为光伏发电场地的路域边坡稳定性及对交通

运营的影响受到人们的重视，本文以云南宾鹤高速路域光伏发电项目为依托，开展

光伏板组件对路堑边坡的稳定性及交通安全性的影响研究，并取得以下研究成果：

（1）通过土工离心模型试验，研究了光伏板对不同高度和边坡坡度路基边

坡的影响，结果表明，加光伏板前、后边坡的坡面位移形态符合一般边坡的变形

规律，光伏板没有改变边坡的变形形态。相同光伏板布置条件下，光伏板对坡比

较陡边坡的水平位移影响较大，对较缓边坡的沉降影响较大，但是，对于挖方边

坡而言，由于边坡岩土体的特性，光伏板对挖方边坡的沉降没有影响，而对填方

边坡有一定影响。

（2）应用有限元分析计算方法研究了光伏组件对不同工况和不同高度边坡应

力分布的影响和安全性的影响，结果表明：在各种工况条件下光伏板对边坡的应力

分布状态和稳定性没有影响，光伏板对边坡应力状态和安全系数的影响远低于正

常工况条件下降雨的的影响。

（3）应用极限平衡法分析了依托工程宾鹤高速确定的7个布置光伏路堑边坡

在布置光伏板、降雨、降雪工况条件下的稳定性变化，结果表明，在各计算工况条

件下，降雨对边坡的安全系数影响最大，使安全系数的降低明显降低，而光伏组件

对边坡的安全系数影响最小，光伏组件对边坡稳定性没有影响，原路基边坡稳定，

布置光伏组件后仍然稳定，原边坡不稳定，布置光伏后也不稳定，作为布置光伏组

件的边坡，必须满足边坡稳定性要求。

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（）通过反射试验证明了光伏板的漫反射特性，结合相关研究证明光伏板的绒

面产生的反射是漫反射，其对光线的反射率与湿裸地、森林和腐泥的反射率相近，

低于新雪、沙漠、水草地、石灰岩、页岩、玄武岩和砂等天然物体表面反射率。因

此，布置在路基边坡上的光伏板的反光对人的视觉影响较小，不会造成眩光而影响

驾驶员的正常驾驶行为，不会对交通驾驶安全产生影响。

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（）针对光伏组件可能由于各种自然或人为的偶然原因脱落影响交通安全的

隐患，提出了用被动防护网防止坠落光伏板对行车安全影响的防治方法。

以上研究成果对路域光伏发电的光伏组件布置和边坡设计、安全保障方法有

参考应用价值。

关键词：光伏板，土工离心模型，路堑边坡，稳定性分析，反射率，眩光

ABSTRACT

ThetransportationindustryisoneofthethreehighcarbonemissionsectorsinChina.

Theuseofrenewableenergysuchasphotovoltaicscaneffectivelyreducethecarbon

emissionsofthetransportationindustry,fullyutilizelandresourcesintheroadareafor

powergeneration,andpromotethegreenandlow-carbontransformationofthetranspor-

tationindustry.Therefore,theintegrationoftransportationandenergyisbecominganew

concept,andthephotovoltaic+highwaymodelhasbecomeoneoftheimportantpaths

forgreentransformationinthetwomajorindustriesoftransportationandenergy.Atpre-

sent,theintegrationoftra