路堤风吹雪灾害流场分析

研究目的:道路风吹雪灾害是雪害地区重要的灾害类型,对交通运输造成了很大的威胁,以路堤工程为例研究道路风吹雪灾害,对穿越雪害区的交通修建具有重要的理论意义与现实意义.研究结论:本文采用了大型有限元软件ANSYS模拟路堤工程风雪流场,分析了路堤高度、边坡坡率及入射风速的变化对路堤风速场的影响,确定了路堤断面的风速场模式.结果表明,风速模拟值与实际观测值基本吻合,当路堤高度处于一定高度范围内时,采用高路堤、小边坡坡率等提高路堤面风速措施可有效减轻路面风吹雪灾害.研究结果可为路堤工程设计提供科学依据.     

路堑风吹雪的观测与研究

研究目的:铁路风吹雪灾害中路堑是最易引起雪害的断面型式,有效避免和减轻路堑遭受风吹雪灾害,研究路堑断面型式与风吹雪的关系,对铁路雪害防治具有重要的理论意义与现实意义。研究结论:本文结合现场观测和有限元模拟分析结果,得出路堑内风速总是较小,最易产生风吹雪堆积,路堑越深,在上风向堑坡坡脚处形成的涡旋减速区规模和范围越大,边坡上的临界储雪量越大,风雪流灾害发生的进程相对越慢,边坡越缓,形成的涡旋减速区规模和范围就越小,较缓的边坡有利于减轻路基面风吹雪积雪灾害,但较缓的边坡相应的工程量成倍增大,从工程灾害安全与经济效益两方面来考虑,边坡坡率的选择应同时考虑其他雪害防治措施等因素。     

临策铁路沙害类型与风速流场分析

本文通过对临策铁路周边地域自然概况、沙害类型及成因和不同路基断面风速流场特征的研究分析,利用HOBO自动风向、风速记录仪对不同路基断面进行观测得知,在高路堤的轨道上易形成积沙;在中路堤边坡上易形成积沙,而在轨道上积沙较弱;在低路堤上,两侧的边坡及距坡脚一定距离处都易形成积沙,而轨道上方不易形成积沙.当风速够大(大于10.8 m/s)的时候半路堑轨道上不易积沙,但当小风速(小于8 m/s)通过路堑时,就易在路肩和轨道上形成沙物质的堆积;在全路堑迎风坡脚处,由于形成涡旋,所以在路肩及轨道上易形成沙物质的堆积.这一结论对临策铁路沙害治理及同类沙害类型路基断面设计提供了理论依据.     

兰新铁路戈壁地区路基周围风沙流运动特征数值分析

运用FLUENT软件,进行兰新铁路戈壁地区路基周围风沙流场数值分析。结果表明,在路基周围风沙流场中,迎风侧坡脚、路基表面附近和背风侧坡脚出现气流运动的相对低速区,迎风侧路肩上方出现气流运动的相对高速区;在相对高速区产生风蚀沙害;在相对低速区产生积沙,且迎风侧坡脚的积沙多于背风侧坡脚。设置不同高度挡沙墙的路基周围风沙流场数值分析表明,流场中的最大风速区由迎风侧路肩上方前移至挡沙墙的上方,减弱了风沙流对迎风侧路肩的风蚀,且积沙大部分落在挡沙墙的前面,跃过挡沙墙的沙粒在挡沙墙和路基之间相对低速旋流的作用下继续跌落。因此挡沙墙的合理高度应满足:气流中大部分沙粒被挡沙墙拦截,在迎风侧路肩处不出现相对高速区,以避免迎风侧路肩产生强烈风蚀,且相对高低速区界线平稳穿过路基表面。     

铁路沿线风吹雪灾害及其防治研究

新疆精—伊铁路经过的风吹雪灾害多发区最大风速平均值为14 0m·s-1,30年一遇的最大风速与最大积雪深度分别为20 3m·s-1和160cm,平均冬季降水量153 2mm。在风吹雪多发区,铁路风吹雪灾害的主要类型是路堑型风吹雪沉积,其次是低填路堤型风吹雪沉积。路堤低、路堤边坡平缓,路面上易发生风吹雪沉积;路堑边坡的角度越小、路堑越深、路堑走向与主导风向的夹角越小,风吹雪沉积越不易发生。在风吹雪害多发区,铁路路堤设计的适宜高度为200～1500cm。风吹雪的防治应以设防风吹雪走廊和下导风板为主,并辅以侧导板和挡雪墙等。     

沙漠地区道路涵洞周围流场规律及积沙特征研究

涵洞作为沙漠地区道路工程路基的重要组成部分之一,是保障道路安全的重要基础设施。但沙漠地区道路涵洞较易发生风沙灾害,故对其进行系统全面研究非常必要。通过对不同来流风速大小和不同来流方向下涵洞进行三维数值模拟,对比分析不同风速、不同来流方向下的涵洞周围积沙特征,并总结相关结论。研究结果和结论:对比不同来流方向下的涵洞流场特征,得出来流与涵洞夹角为20°时涵洞对洞前洞后流场影响最大,洞前有大面积增速区,洞后速度下降最为迅速。对比不同来流大小及方向下的涵洞周围积沙特征,可知随来流风速增大涵洞前积沙先增大后减少;洞腔内部随风速增大积沙会有所增多;洞后积沙随风速增大会明显增加。同一风速下夹角增大洞前积沙明显增多,且夹角越大洞前积沙横移越明显;洞后积沙随夹角增大会明显减小。     

防风吹雪走廊挡风防雪构造物设置形式的研究分析

新疆精伊霍铁路横穿北天山,该区积雪期长达6个月,风力最大10级,起雪风速3.4 m/s,工点范围内风速最大可达24.8 m/s,对积雪的沉降及二次分配较大,山谷处风速较低,易形成山地沟谷的深厚积雪,当铁路开挖成路堑且风向与路堑斜交或垂直时,则能填埋铁路线,以至填平路堑,尤其是暴风雪更严重地影响了铁路运输的安全、畅通。为减小风吹雪对铁路的危害,精伊霍铁路在开工实施前便成立研究小组,通过多年研究实施采用了防风吹雪走廊、挡风墙、挡雪栅栏、防护林带等组成防风吹雪系统工程。建成后通过几年的运营观察该系统工程在防治风吹雪害方面技术先进、效果明显,有效降低了风吹雪对铁路的危害。     

沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能研究

通过沙漠腹地现场实测和Fluent软件数值模拟对沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能进行研究。采用Fluent软件建立沙障和路基数值模型,基于欧拉双流体模型和多孔介质理论对高立式沙障和路基周围风沙流的运动进行数值模拟。采用三维超声风速仪测量高立式沙障周围气流速度,为数值模拟结果提供验证。通过数值模拟分析不同沙障高度和沙障数量下风沙流的运动规律,确定沙障高度和数量对高立式沙障防风固沙效果的影响。研究结果表明：气流在沙障迎风侧前方区域减速,沙障周围气流速度快速下降导致气流的携沙运动能力减弱,沙粒在沙障周围沉积。在沙障防护下,路基周围风速降低,路基的风蚀风积危害得到缓解。随着沙障的排数或沙障高度的增加,路基沿程的风速逐渐降低。3排及其以上沙障可以较好地阻挡风沙流的运动。5排沙障防护下,路基的迎风侧坡脚离地高度0.5 m处水平风速从11.05 m/s下降至5.37 m/s,风速的降低率达54.13%。在2.0 m沙障的防护下,路基的迎风坡和背风坡的路肩水平风速比1.5 m沙障的相应值低3～5 m/s,降低率最高达61.79%。     

格库铁路青海段沙害成因及防沙措施

通过对格库(格尔木—库尔勒)铁路的调查发现,沿线主要存在沙埋路基、桥梁附近积沙和沙子进入道砟3种沙害形式。运用ANSYS/Fluent软件模拟路基和桥梁周围的流场结构,并根据沙害的严重程度建立了阻沙和固沙相结合的防沙体系。研究结果表明:路基和桥梁周围的气流场结构相似,都形成了迎风侧减速区、集流加速区、高速区、低速区和速度恢复区,不同点是桥梁周围形成了2个集流加速区和高速区;积沙都是发生在风速降低的地方;路基背风侧坡脚积沙最多,桥梁积沙主要位于桥梁的迎风侧和背风侧,桥梁下积沙较少;道床背风侧积沙多于迎风侧,道床内轨枕积沙沿着主导风向呈现出逐渐增多的趋势。最后对现场建立的防沙体系的工作原理进行了分析。     

山区铁路风吹雪灾害的防治

风吹雪是风携带着雪粒在近地面空气中运动,将雪从一地搬运到另一地的自然现象。在山区,风吹雪常常影响铁路建设与运营。以精伊铁路为例,分析研究风吹雪的特征、类型、影响因素、发生机制、规模以及发生的规律等,计算了最大积雪深度、最大风速,并结合实际工程设计提出防治风吹雪灾害的工程措施。     

叶片式导风屏障挡风性能优化研究

本文以某钢桁梁斜拉桥为原型,采用数值模拟方法研究一种叶片式导风屏障对横风环境下列车周围流场、列车气动性能、桥梁气动性能的影响.结果表明:(1)叶片式导风屏障改变了桥梁内部的风场环境,减小了列车周围风速,风速最少减小20％;(2)高度为3 m时,列车周围的风速最低,列车三分力系数最优;(3)透风率为20％～25％时,列车...     

风速廓线形式对HDPE板高立式沙障风沙流场的差异性研究

以格库铁路路基风沙防护为背景,在不同来流风速廓线形式下对不同孔隙率(30%、40%、50%)HDPE板栅栏进行数值模拟,对比分析风速廓线形式对栅栏周围流场及积沙分布的影响,并通过风洞试验进行验证,得出数值模拟中适合现场的风速廓线形式。结果表明:对数流形式时,栅栏周围加速区范围扩大,且存在明显的回流区,均匀流形式时,栅栏周围加速区范围较小,回流区相对不明显。对数流和均匀流形式下,在栅栏障后20H处,分别为30%和50%孔隙率HDPE板栅栏防护作用最优。对数流形式下,孔隙率为30%时,积沙主要分布在迎风侧,孔隙率为50%时,积沙主要分布在背风侧;均匀流形式下,积沙主要分布在背风侧。对比风洞试验结果,对数流模拟结果较均匀流结果更切合现场实际。     

玛依塔斯交通走廊风吹雪特点研究

研究目的:随着国家"一带一路"战略的实施,新疆交通进入快速发展阶段,然而新疆自然环境条件恶劣,交通建设饱受自然灾害危害。克拉玛依至塔城铁路穿越举世闻名的老风口-玛依塔斯风雪灾害区,这成为其建设过程中的主要问题。考虑克塔铁路建设、防护、运营和维护成本,在缺乏气象资料的区域内选择合适的交通走廊成为本次研究的主要目的。研究结论:(1)分析老风口-玛依塔斯区域马鞍地形效应,玛依塔斯方案风吹雪影响区段比老风口方案短;(2)研究区内,风吹雪灾害高发时间为12月;(3)研究区内,10～3月老风口方案的逐月最大风速和日平均风速的标准差均要高于玛依塔斯方案;(4) 10～3月玛依塔斯方案中受到大风和风吹雪灾害比老风口方案小;(5)利用WRF数值模式和遥感降水数据对缺乏气象资料地区进行有效的补充,本文的研究结论对缺气象资料风吹雪地区建设交通工程具有借鉴意义。     

风沙雪害路基防护措施探讨

风沙雪害路基防护处理一直是设计难题,文章以东乌旗至珠恩嘎达布其铁路工程为例,简述风沙雪害自然因素造成风蚀路基本体、掩埋路轨的过程,以此提出根据路堤填方高度不同,而采用不同的坡面防护形式,解决风蚀的侵害,路堑则提出展开式路堤的断面形式解决掩埋路轨的危害,并且本着"因地制宜,远阻近固,工程措施与植物措施相结合"的防沙原则,根据区域的特点采用适宜干旱严寒地区的乡土植被作为绿化植物,保证成活率,以起到防护边坡的作用。防雪墙的实施可以有效减弱风吹雪害对路基的危害,降低铁路后期维修养护工作量,保障铁路运营的长远安全。     

铁路风屏障的气动绕流及风吹雪特性研究

为进一步了解高寒地区铁路沿线针对西部强风设置的铁路风屏障,本文以空气动力学原理及气固两相流理论为基础,采用CFD数值模拟技术对铁路风屏障的气动绕流现象及风吹雪特性进行研究。分别考察不同透孔率条件下不同类型风屏障对线上车辆气动绕流特性的影响,并以透孔率30%轻型风屏障为代表研究不同风屏障高度、设置位置,不同来流风速及雪粒子粒径下的风屏障风吹雪特性。研究结果表明:透孔率30%轻型风屏障的设置对列车气动力改善效果最优;高度4.5m、距线路4m、透孔率30%轻型屏障引起的后方风吹雪灾害相对最小,来流风速及雪粒子粒径分别对线路附近区域积雪厚度有不同程度影响。     

铁路沿线地表条件与风沙流场的互馈规律研究

为研究铁路沿线不同地表条件与挡沙墙周围风沙流场的互馈规律及挡沙墙挡风沙的功效,基于数值模拟及风洞实验,对不同地表粗糙度下的风沙流场进行数值分析,揭示地表粗糙度对流场表征量诸如风速、积沙形态的影响规律。结果表明:不同粗糙度下挡沙墙周围速度均形成减速区、涡流区与加速区,其中,加速区受粗糙度影响较大;粗糙度越大对近地表(1 m以下)速度削弱越大,但在1 m以上风速受其影响减弱;不同粗糙度下挡沙墙周围积沙分布不同,粗糙度越大,迎风侧积沙位移越长,风沙流饱和路径越小;随风速的增大,4类粗糙度下的积沙长度都表现为迎风侧减少,背风侧增多。     

精伊霍铁路建成全国首个铁路防风吹雪走廊

全国首个铁路防风吹雪走廊工程在新疆精伊霍铁路（精河一伊宁一霍尔果斯口岸）建设完成，成为这条横穿天山山脉的铁路大动脉一道抵御风雪的屏障。这条铁路防风吹雪走廊全长约54km，分布于精伊霍铁路雪害严重的路段，由防风吹雪走廊、挡雪栅栏、防护林带、砖砌挡风墙、桩板墙等多个子工程构成。桩板墙是我国首次在铁路防风雪应用中的科技项目。走廊采用网架结构，上部铺设复合材料，能有效改善风吹雪带来的危害。精伊霍铁路横穿天山山脉南麓丘陵区，当地气候复杂，冬季严寒多雪，风速较大。     

季节性冻土地区保温护道路基温度场数值模拟

研究路基及周围土体温度的分布规律是分析季节性冻土地区路基稳定性的重要基础,结合哈齐客专DK221+150断面3 a的现场监测数据,分析了天然地表及路基不同位置的地温分布规律;建立温度场的仿真模型,研究温度沿深度方向的变化规律;利用实测数据验证模型,分析保温护道高度对路基温度场的影响。现场监测和模拟计算结果表明:护道对路基的边坡下部和坡脚处影响较大,能够有效减小冻深,但对路基中心的温度场影响不大。     

风沙地区铁路路基断面形式探讨

结合路基断面形式对风沙活动的影响及国内外工程实践经验,分析探讨了风沙地区铁路路基断面形式,认为风沙地区路基断面形式应以合理高度的路堤、直线形边坡、缓边坡为基本原则,路基高度应不小于1 m。     

铁路侧向导沙沙障流场演化规律研究

铁路沿线的侧向导沙工程主要应用于风沙来流的侧向输导,使线路免受风沙危害。应用CFD数值模拟方法研究铁路沿线羽毛状侧向导沙沙障周围的流场演化规律特征,通过研究不同主风向与沙障夹角以及在风速改变时沙障周围的流场分区特征,揭示侧向输导沙障周围的流场机理。研究结果表明:羽毛排周围流场显著区别于其他挡风沙构筑物的流场规律,回流区随着主风向与羽毛排夹角的增大而增大,当主风向与羽毛排夹角小于30°时,流场分区显示降速区即积沙区在迎风侧一侧而偏离线路;羽毛排周围的回流区会影响羽毛排前方的速度大小,使速度廓线产生波动,主风向与羽毛排的夹角小于30°时波动较小,利于风沙侧向输导,使过境风沙流向远离线路方向运动。