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%。     

风沙地区铁路防护工程设计

风沙地区铁路路基易遭风蚀(表现为吹蚀、磨蚀和掏蚀)和沙埋等危害,路基防护设计对于保证行车安全十分重要.本文以南疆线焉耆至塔什店 K420+650—K430+100段风沙植物防护作为实例,系统叙述了风蚀、沙埋等风沙危害的表现形式,以及风沙路基本体和两侧的防护形式及措施等,肯定了采用植物防护是彻底整治风沙危害的根本措施.     

拉日铁路风沙防护设施风洞及现场试验研究

由于海拔高、气候干旱、沙源丰富、原地表植被稀疏等,致使拉日铁路沿线分布大面积流动沙丘、半固定沙丘以及半固定沙地,在风力的作用下,风蚀、沙丘移动、扬沙扬尘活动频繁,路基受沙埋和风蚀危害严重。依据拉日铁路沿线风沙与植被等现场调查结果,对拉日铁路风沙工程防护措施进行了风洞试验和野外现场试验,并对固沙效果进行了观测,用以验证完善设计、指导大规模施工。     

新恩铁路风沙路基平面防护工程试验研究

新恩铁路穿越毛乌素沙漠的活动沙丘和半固定沙丘。为防止铁路路基在风季遭受沙埋,需在路基两侧设置平面防护工程。根据气象风沙监测的结果,选取有代表性的路基地段,分别进行机械固沙辅以植物防护及栽种树枝沙障固沙的现场试验研究。试验结果表明:在流动沙丘段设置规格为1 m×1 m、高度为0.25 m的经编防风固沙网格,网格内种植灌木,并于迎风侧最外侧设置2排高度为1.5 m的高立式沙障;在半固定沙丘试验段选择直径不小于10 mm、长度为55 cm的沙柳树枝沙障固沙(沙柳不小于70%的成活率),并于迎风侧最外侧设高立式沙障。经现场监测,两种措施均能有效降低风速,减少输沙量,达到防沙治沙效果。通过试验,制定了本线风沙路基平面防护的主要措施并推广应用。现铁路已通车多年,防沙效果良好。     

南疆戈壁区HDPE板沙障风沙防护机理及效果评价

依托格库铁路风沙防护工程,通过不同类型风沙防护措施前后流场和输沙率的测定,研究新型HDPE板沙障风沙防治机理及效果。结果表明:风沙流途经HDPE板沙障后,会在障后的0.5～10倍沙障高度范围内形成1个明显的绝对低速区,其1/2障高处的最大风力消减率可达94.4%;在沙障高度范围内,阻沙率呈现一定的正态分布,最大阻沙率出现在1/2障高附近;风速与阻沙率呈负相关性,风速越高,阻沙率越低;风速在0～16 m·s~(-1)范围内,单道HDPE板沙障的总阻沙率超过70%;当2道沙障的布设间距为5～15倍沙障高度范围内时,沙障的布设间距与整体阻沙率呈一定的负相关性,但整体差异不明显。     

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。     

不同类型挡沙墙风沙防护机理的风洞实验研究

研究目的:通过对板式挡沙墙、轨枕挡沙墙、高立式PE网沙障等防风固沙措施进行风洞实验研究,测定8 m/s、10 m/s、18 m/s、25 m/s等不同风速条件下,各种沙障的风速廓线特征、风速流场特征和输沙率等,研究它们的风沙防护机理,并对其防护效果进行评价。研究结论:(1)通过研究发现,当运动气流途经各种阻沙措施后,会在墙体前后出现明显的风力消减效果;(2)当高度一致时,板式挡沙墙和轨枕挡沙墙对运动气流的消减能力要明显的优于孔隙率为40%的高立式PE网沙障,使得近地表的风速接近于0;(3)板式挡沙墙和轨枕挡沙墙的输沙率明显小于40%高立式PE网沙障,在墙体自身高度范围内,其输沙率基本都接近于0,风沙流净化能力较优;(4)本研究成果可为铁路沿线防风挡沙墙的设计提供一定的理论支撑。     

新建陶利庙至鄂托克前旗铁路风沙路基防护原则的研究

介绍新建陶利庙至鄂托克前旗铁路风沙路基的分布及风沙路基的防护原则,确定了树枝沙障、C20混凝土预制块路肩、C15混凝土六棱空心砖护坡、C20混凝土截水骨架等防护措施,有效防止了风蚀对路基本体的侵害。     

风沙地区铁路路基设计探讨

通过我国已建和在建铁路受风沙危害情况,结合一些国内实际案例,说明风沙对铁路路基的主要危害形式为风蚀和沙埋;风沙治理主要建议采用植物治沙与工程治沙相结合,路基本体防护与线路两侧防风治沙的综合防护体系;对于防风固沙所采用的固沙植物要进行合理的配置,有条件时应通过试验确定合理的固沙植物栽植密度;要进行合理的施工组织设计,采取科学合理的施工工艺流程,填筑施工时采取合理的压实遍数及机械组合方式;避免边坡长时间暴露而遭到风蚀和雨蚀,要集中施工力量完成一段,防护一段,最大限度地治理风沙危害,改善生态环境,造福铁路沿线人民。     

兰新高铁沿线不同挡沙墙防护效果评价

研究目的:兰新高铁作为我国穿越大风戈壁荒漠区的第一条高速铁路,在运营过程中不可避免地会遇到风沙问题。为保障列车的安全运营,在线路两侧布设了多种防沙措施,取得了一定的效果。但由于铁路具有运距长、地域跨度大等特点,在一些区段,虽然布设了风沙防护措施,依然出现了风沙灾害。本文主要利用现场实测等研究手段,探讨兰新高铁戈壁大风区不同挡沙墙的风沙防护效果,以期为后期的工程维养和补充设计提供一定的技术支持。研究结论:(1)受挡沙墙影响,墙体前后会出现明显的气流扰动,3种挡沙墙中斜插板挡沙墙的消能效果最高,高立式PE网沙障次之,直插板挡沙墙最弱;(2)挡沙墙的阻沙率随高度的增加显现降低的趋势,在4 m高度内,高立式PE网沙障的阻沙率最高,可达85.82%,斜插板和直插板挡沙墙的阻沙率则分别为60.34%和52.92%;(3)挡沙墙前后的风沙流结构存在一定的差别,迎风侧积沙中粗颗粒组分的含量明显要高于背风侧,但整体依然以0.1~0.25 mm和0.25~0.5 mm粒径段的沙粒为主;(4)该研究结论对于戈壁大风区高速铁路风沙灾害防治具有一定的借鉴指导意义。     

库尔勒至格尔木铁路风沙地区选线

库格铁路沿线风沙发育,影响铁路运营安全,在线路设计中做好选线工作,为铁路长期安全运营创造良好条件。本文从铁路选线需求出发,突破了只把风沙地貌划分为风蚀区和风沙堆积区的限制,首次提出将风沙地区按风沙形态划为风蚀区、风沙流区和风沙堆积区3个区域,分析了3个区域的风沙活动规律,归纳总结了3个区域内铁路不同的选线原则、工程防沙方式,并以库格铁路风沙选线为实例进行分析说明。以3个风沙形态区域为基础,确定铁路选线原则,很好地指导了库格铁路风沙地段选线,并可为其它风沙地区铁路项目和设计标准修订提供参考。     

兰新二线强风地区防沙措施效益评价

基于现场观测试验,掌握试验段全年大风特征,并对不同类型的阻沙措施与固沙措施的防沙效果进行对比分析。结果表明:百里风区试验段的主导风向为NNW,烟墩风区试验段的主导风向主要为NE、ENE,分别占全年风向的21%和26%;百里风区阻沙措施性价比依次为:金属涂塑网措施斜插板式挡沙墙箱式挡沙墙插板式挡沙墙;烟墩风区阻沙措施性价比依次为:金属涂塑网措施高立式PE网措施斜插板式挡沙墙插板式挡沙墙;固沙措施性价比依次为:芦苇方格石方格沙方格;在现场试验研究的基础上,综合考虑工程造价和现场实际情况,建议试验段阻沙措施采用金属涂塑网沙障,固沙措施采用石方格沙障。     

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。     

基于GIS的兰新铁路沿线风沙灾害致灾成因分析及评价

风沙灾害地域性强,具有防治难度大、周期长等特点。为减轻风沙灾害对铁路的危害,以兰新铁路沿线的遥感数据和实测数据为基础,利用层次分析法确定风速、植被、海拔、坡向、干燥度、地表粗糙度与风沙灾害的权重关系,并采用多因子评价模型对兰新铁路沿线风沙灾害易发性进行评估。研究结果表明:风沙灾害评价中,植被指标作用最为显著,其次为风力;风沙灾害重度区主要位于阿拉山口、达坂城、百里风区和烟墩风区,中度区主要位于精河县境内临近艾比湖区域;与近50年兰新铁路沿线风沙灾害发育情况相比,分析结果具有较好的一致性。     

南疆铁路吐鲁番至鱼儿沟段路基挡风工程方案设计

通过对南疆铁路吐鲁番至鱼儿沟段大风的特征分析和既有线的挡风工程设置效果分析,提出了修建复线时应参照既有线防治大风危害及风蚀沙埋的工程治理经验,为南疆铁路吐鲁番至鱼儿沟段复线挡风工程设计和施工提供科学依据。     

兰新高速铁路风沙区段挡沙墙设计参数试验研究

兰新二线风沙路基主要集中于烟墩风区及百里风区,大风条件下极易形成风沙流,挡沙墙是解决风沙对铁路危害的主要措施。为充分发挥挡沙墙的防风沙作用,针对兰新高速铁路沿线风沙流成因及规律进行分析,对挡沙墙高宽比、孔隙率和高度3个参数分别进行对比试验,提出适合该地区铁路防沙的挡沙墙优化设计思路。结果表明:当挡沙墙高度一定时,风沙防护效果与挡沙墙的宽度显现出一定的负相关变化;对于均匀结构的网状沙障来说,孔隙率为40%的防沙效果最优,30%的次之,50%的相对最差;从不同高度挡沙墙的风沙防护效果来看,高度为2.0 m的挡沙墙的风沙防护效果相对较好,高度为2.5 m和1.5 m挡沙墙防沙效果略差。     

沙特南北铁路沙漠路基设计与施工技术

沙特南北铁路有近200 km的线路穿越沙漠地段,风积沙是沙漠段沿线最普遍的材料。介绍了该项目针对沙漠路基进行科学、合理缓解风沙影响和充分利用风积沙作为路基填料的施工图特别设计,通过材料控制、施工工艺试验、施工过程控制和质量检验等手段,保证沙漠路基施工质量的具体方法和取得的良好效果。对沙漠路基工程有效利用风积沙具有深远意义。     

京津城际CRH3动车组大风天气条件下安全行车技术标准参数研究

利用京津城际铁路沿线气象站近40年（1971-2008年）风向和风速数据,以及沿线12个风监测站（2008年4-12月）风速和风向资料,结合京津城际铁路沿线现场踏勘,采用工程气象学、铁路信号技术、空气动力学及概率论相结合方法,探讨大风天气条件下CRH3动车组行车安全技术标准参数和沿线大风报警系统,提出京津城际CRH3动车组安全行车的建议。     

全风向梯度集沙仪的研制

兰新铁路风区防风沙工程的建设对保证列车风区安全行驶至关重要,而掌握风沙流规律是防沙工程设计的基础,为此,根据历史大风特征统计分析结果研制了全风向梯度集沙仪,对风沙流进行现场观测。全风向梯度集沙仪为兰新铁路第二双线防沙减灾工程的建设提供了基础数据依据。     

新疆铁路百里风区既有防风沙工程薄弱点分析

通过对新疆铁路百里风区风沙灾害和既有防风沙工程薄弱点的分析,提出提高或恢复既有防风沙工程防护能力的整治方案,以满足百里风区风季行车安全和提高运输能力的需要。