强风区铁路风沙防治工程最大输沙量与携沙风荷载计算方法

针对强风区铁路风沙流灾害防治工程,开展最大输沙量和强风携沙风荷载2个最关键工程计算问题的研究。结合现场踏勘资料与测试数据,分析风向、风力和持续时间3个影响因素对最大输沙量矢量合成与计算的控制影响,基于优势强风流理论,归纳给出信风型、季风型和对流型3种典型工程风型的输沙量计算方法,并且为准确采集沙样数据,专门设计出能随主风向自动转动的野外自动风导向积沙仪。基于现场测试数据,根据相似准则与量纲和谐原理,推导强风区携沙风单位体积沙砾颗粒流体平均飞跃速度计算公式,用于强风区携沙风冲击荷载计算,计算结果符合工程实际,满足工程计算要求。     

拉林铁路沿线风积沙自由场及其加固地基动力特性分析

拉林铁路沿线风积沙地基液化是其面临的主要问题之一,利用振冲碎石桩法进行地基处理时存在局部沉降量大等一系列问题。为解决上述问题,借助振动台试验,分析了研究区风积沙自由场和水泥搅拌桩加固地基的动力响应特征。研究结果表明,当地震强度较小时(0.1g),地震动在风积沙自由场中有较为明显的自下而上不断放大的趋势,当地震强度较大时(0.3g),地震动在土层中从下而上呈现先增大后减小的趋势;风积沙自由场中的液化现象并非同时发生,而是具有明显的时间差,即从上到下逐渐发展;输入的地震动强度一定时,风积沙自由场表层沉降量和孔压比较加固地基明显偏大,前者的地表宏观反应也明显强于后者,这表明水泥搅拌桩对风积沙地基的液化具有较好的抑制作用,这种抑制作用与地震动强度呈负相关,但与土层的埋深呈正相关。该研究成果可为风积沙地基的液化处理提供借鉴和参考。     

沙漠铁路勘察设计中主导风向的判断方法

研究目的:我国有很多铁路穿过沙漠地区,为了保证铁路的安全运营,各种防沙工程必不可少。在防沙工程勘察设计中,主导风向的判断尤为重要。现实中,很多沙漠铁路穿越的无人区气象资料不够全面,不能反映防沙工程设计地段的主导风向。本文讨论的通过分析铁路沿线沙丘形态判断主导风向的方法可以为气象资料缺乏地区的防风防沙工程设计提供帮助。研究结论:总结了一种通过分析沙丘形态判断主导风向的方法。在确定沙丘类型及沙丘走向的基础上,判定主导风向一般为从比较缓的迎风坡吹向比较陡的落沙坡。以塔克拉玛干沙漠为例说明并验证了本方法的可行性,可为新建沙漠铁路和铁路防沙工程勘察提供很好的帮助。另外,沙丘形态的塑造还受风速大小的影响,其中的详细关系有待深入研究。     

青藏铁路腹部地区多年冻土的发展趋势

详细分析了青藏铁路沿线多年冻土腹部风火山地区近30年来地温场的变化规律,从年平均地温、天然上限等多角度论证了青藏铁路沿线的多年冻土处于衰退状态.多年冻土的退化将导致地基强度的降低,影响建于其上的青藏铁路的稳定性,因此需要增加能够通过主动降温来保护多年冻土区铁路路基的工程措施,以保证青藏铁路的安全运营.     

青藏铁路多年冻土区段沿线生态修复新技术与实践

青藏高原生态环境脆弱,而铁路工程建设不可避免地破坏了沿线的自然生态环境。为了在铁路工程建设中最大限度地减少对青藏铁路沿线自然环境的破坏,同时对沿线的沙害进行预防与生态治理,根据青藏高原铁路路域自然环境特征,开发并采用了植生袋、厚层基质喷附和三维网三种生态环境工程保护新技术。实践证明,应用此类新技术在青藏铁路多年冻土区沿线进行生态工程建设可大幅度减小对铁路沿线自然环境的破坏,同时有效解决该区域生态环境修复所面临的技术问题。     

斜插板挡沙墙风沙防治现场试验研究

通过对兰新第2双线试验段不同类型挡沙墙前后风沙流场的现场观测,研究斜插板挡沙墙风沙防治原理及效果。研究结果表明:风沙流途经挡沙墙后,会在墙体背风侧出现一个明显的低速沉沙区,斜插板挡沙墙对风能的消减能力要略高于插板式挡沙墙,其风能最大消减率约为86%。挡沙墙的阻沙率随高度的增加呈负相关变化,当高度超过挡沙墙高度后,挡沙墙对上层气流的扰动明显变弱,斜插板挡沙墙的阻沙效果明显优于插板式挡沙墙,2.0m高斜插板挡沙墙的累计阻沙率约为43.32%。风沙流经过斜插板挡沙墙后,大风所携沙砾的粒径百分比会发生一定的改变,沙砾粒径中细组分的含量明显增加,但整体依然以0.1～0.25mm和小于0.075mm粒径的沙砾为主。     

戈壁铁路沿线风沙灾害特征与挡风沙措施及功效研究

为了掌握戈壁地区线路积沙规律以及戈壁地区铁路既有风沙防治工程措施的功效与不足,对新疆戈壁地区铁路沿线戈壁风沙地貌、线路沙害的表现形式、既有防风沙流工程措施功效进行实地调查分析与现场测试。根据戈壁铁路强风现场测试数据计算大风速率残余系数和遮蔽效应系数,分析挡风墙后的风速剖面变化与流场变化特征。结果表明:对于同一高度挡风墙,其遮蔽效应随着墙后距离的增加逐渐减弱,高点位高程的速度衰减快于低点位高程的风速衰减,3 m高挡风墙在墙后距离5 m以内存在低速涡旋积沙区;根据计算,当平均风速不大于41 m.s-1且上风区没有新的沙源补充时,通常设置的3 m高挡风墙基本可以阻挡风沙流的运动。     

兰新铁路百里风区风沙流结构特性研究

通过对兰新铁路百里风区戈壁风沙流进行现场观测研究,提出风沙流密度的新概念,解决风沙流研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化特点的重大技术难题。根据现场实测资料分析,揭示风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系,阐明临界风速的概念,认为风区建(构)筑物所承受的压强为净风压与沙粒冲击压之和。在自然风速超过临界风速情况下,风区建(构)筑物所承受风沙流压强以沙粒与建(构)筑物碰撞压力为主,这与传统设计中以净风压作为风荷载设计完全不同,解决了风区工程设计中遇到的技术难题,避免由于对戈壁风沙流的认识不足而造成的损失,对即将修建的兰新二线提供一定的借鉴和参考,对戈壁地区风沙流科学的完善也具有一定的意义。     

兰新铁路十三间房段的戈壁风沙流特征分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"风沙成因进行分析,研究戈壁砾漠地区风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系及大风携沙的粒径分布特征。研究结论:戈壁地区大风携沙主要集中在3 m以下,约占总携沙量的87%左右;在同一高度条件下,风沙流密度随着风速的增加显现e的指数增加;而当风速条件一致时,风沙流密度随着高度的增加显现下降趋势。集沙颗粒分析则指出:在不大于3 m的高度范围内百里风区的风沙流运动形式是以跃移为主;超过3 m以后,则以悬移为主。     

HDPE网沙障布设角度对风沙流结构特征的影响

研究目的:HDPE网沙障作为一种常见的阻沙措施,被广泛地应用于公路铁路等风沙灾害防护领域,能起到较好的效果。本文主要依托现场调研和风洞试验等手段,探讨HDPE网沙障布设角度对风沙流结构特征的影响,并分析其布设方式对整体防护效果的贡献,为后期风沙防护工程设计和施工提供借鉴或参考。研究结论:(1)在0°～90°范围内,HDPE网沙障和风向夹角的大小与其平均风力消减效果呈正相关变化,在18 m/s风速下,30°夹角沙障的风力消减率为61.4%,60°为70.2%,90°时可达到75.8%;(2)沙障阻沙率随夹角的大小呈现一定的不规则变化,在近地表,角度越大,阻沙率越高;之后随着高度的增加,夹角大小对阻沙率的影响不大;(3)沙障夹角大小与障后低速区长度呈正相关变化,在90°时其障后低速区(风速7 m/s)的长度可达24H(H为沙障高度),之后随着角度的减小,低速区长度呈现急剧下降趋势;(4)沙障夹角大小与障后积沙量呈现明显的正相关变化,90°时障后积沙范围和积沙量最多,风沙防护效果最优;(5)本研究结果对于铁路公路等领域的风沙灾害防治工程具有一定的借鉴指导意义。