风区高速铁路路基沙害防治研究与设计

研究目的:兰新第二双线通过的烟墩风区及百里风区,风速高,风沙流对高速铁路的危害严重,为有效的避免或减少沙害对无砟轨道铁路路基的危害,研究强风形成机理、风沙流活动规律、风沙两相流的特点,建立风区路基防沙对策技术体系,研究成果应用于本线的防沙设计与施工。研究结论:通过现场实测、室内试验、风洞试验以及数值分析等,研究戈壁风沙流的运动特征,得出:(1)主导风向与挡沙墙垂直时,防沙效果最佳,当挡沙墙与主导风向夹角逐渐变小时,挡沙墙的导沙作用明显;(2)挡沙墙高度2 m、透风率40%时挡沙效果最佳;(3)采用高立式挡沙墙阻沙,石方格沙障固沙的措施适宜于本线的风沙防治;(4)防沙工程有效地减轻了沙害对列车运营的影响,对于列车全天侯运行提供了技术保障;(5)该研究成果可为戈壁强风区风沙防治提供参考,为相关规范的修订提供理论技术支持。     

铁路沿线不同沙害区域机械防沙措施设计研究

为解决沙区铁路所面临的风沙危害,设计相应的机械防沙措施,以拟建鄂托克前旗—上海庙铁路(简称“鄂上铁路”)为研究背景,在测量区域风速及输沙量基础上,对满足防沙需要的沙障设置进行三维数值模拟研究,并辅以风洞实验验证。研究表明,沙害中等区域流沙量较少,沙障拦截效率高,单道沙障和草方格搭配使用可满足防沙需要;沙害严重区域流沙量较多,单道沙障防护效率降低,双道沙障和草方格搭配使用方可满足防沙需要。研究表明：(1)鄂上铁路沙害中等区域,设置单道30%孔隙率沙障和10 m草方格后其防护效益达60%,可满足此区域防沙需要;(2)鄂上铁路沙害严重区域,设置双排沙障并加设10 m草方格后其防护效益达62%,可满足防沙需要;(3)沙害严重区域双排沙障之间的合理间距为10H(H为沙障高),草方格与双排沙障的合理间距为15H。研究结果表明,实际布设沙障时,防沙效益受多种因素影响,可适当增加草方格设置宽度,增大防沙效益设计余量,尽可能减少风沙对线路的影响。     

青藏铁路红梁河段沙害成因及防治模式

青藏铁路红梁河路段沙害严重,目前致灾机理尚不明确,防沙措施效果有限。为系统认识青藏铁路的沙害规律,通过野外观测和室内分析、计算等方法,对红梁河路段的沙物质来源、风沙动力环境、防沙措施进行研究。发现红梁河路段沙物质主要来自铁路西侧沙山,颗粒组成以细沙为主;年起沙风以W和NNE两组风向为主,分别占全年总量的18.43%和17.21%,实际造成沙害的为W风;年输沙势为315.50VU,年合成输沙势为204.97VU,年方向变率指数为0.65,合成输沙方向为102.41°;在大风干燥季节(主要为1~3月),风吹扬沙物质自西向东搬运,遇到近似南北走向的铁路路基阻挡产生堆积而致灾。本文提出以阻(沙)、固(沙)为主,远阻近固(外阻内固),输导为辅的防沙模式,对类似地区防沙有借鉴意义。     

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.     

新建大塔至四眼井铁路沙害防护试验研究

大塔至四眼井铁路途经库布齐沙漠,沿线气候干旱,沙害严重。沙害路段23处,累计长度达19.97 km,占线路总长的22.51%,以流动沙丘为主。在典型流动沙丘路段进行现场防沙试验的结果表明,采用工程防护与植物防护相结合的综合防护措施可以较好地遏制风沙对铁路的危害。给出了乔木及灌木林带+工程防护、灌木林带+工程防护、种草+工程防护、人工补植灌木四种防护模式,可为大四铁路沙害防治提供参考。     

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。     

青藏铁路格拉段沙害现场调查及防治研究

研究目的:青藏铁路自通车以来,高原风沙灾害就成为铁路安全运营的重要隐患,且随着高原沙漠化程度日趋严重,铁路风沙灾害也出现发展势态。为根治沙害对线路的进一步危害,通过对青藏铁路格拉段沙害现场调查研究,掌握了格拉段沙害活动规律,提出了沙害防治模式,为列车安全运营提供了技术支持。研究结论:(1)青藏铁路格拉段沙害主要分布在铁路沿线河区与湖区,严重发育时间为每年11月到翌年5月;(2)沙物质主要来自草场退化形成疏松的地表颗粒和河相湖相沉积物;(3)在进行大量资料分析和室内试验的基础上,提出适合于沿线风沙灾害的防治措施,并依据"远阻近固、因地制宜、综合防护"的指导原则,有针对性地提出了河道风沙灾害防治模式、退化草场风沙灾害防治模式和退化草场风沙灾害防治模式;(4)该研究成果成功应用于青藏铁路防沙体系中,防沙效果显著,可为类似工程提供参考。     

太中银铁路典型地段沙害治理效果研究

通过对太中银铁路梅花井段的沙害调查及对当地气候特点等分析,建立"因地制宜,因害设防,就地取材,远阻近固,固阻结合,工程措施与植物措施相结合,植物措施为根本"的防沙治沙原则。采取玉米秸秆高立式阻沙栅栏的阻沙措施及其与尼龙格状防沙网相结合的固阻结合措施,以及草障植物固沙带措施治理沙害。通过含水率、风速、粗糙度、输沙量、蚀积量等观测,以及对植物生长状况调查,分析评价了该区段防沙体系的防沙效果。测试结果表明,实施治理措施后沙地地表粗糙度有所提高、风速有所降低、风蚀减弱,形成了较为稳定的植物生长环境,为植物生长提供了较好的条件,植被覆盖度明显提高,沙害治理效果显著。     

嘉策铁路沙害治理对策

嘉策铁路沿线风积沙分布广泛,沙害爆发频繁,严重影响铁路行车安全．本文在介绍嘉策铁路沿线概况、沙害状况,分析沙害成因,归纳出沙害类型的基础上。提出嘉策铁路沙害治理应采用阻沙、固沙相结合的防沙对策以及相应的防沙措施．     

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。     

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。     

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。     

南疆铁路吐鱼段风沙活动规律研究

通过对南疆铁路吐鱼段戈壁大风区风沙流进行现场观测研究,得出该地区大风显现明显的季节性变化,每年的春季是大风高发季节,年平均大风日数高达136d。大风携沙量的垂直分布十分明显,集沙量与高度显现e的负指数变化,高度越高集沙量越小;2m以下区域是风沙灾害防护的重点区域,其大风携沙量占总携沙量的96%左右。沙粒颗分试验结果表明,戈壁风沙运动存在较明显的分层现象,沙粒粒径以0.1~0.25mm为主。     

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。     

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。     

青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析

青藏铁路多年冻土区的片石护坡路基的大量使用,起到了降低路基基底多年冻土温度和调节多年冻土人为上限形态的作用,为青藏铁路的安全运营提供技术保障。青藏铁路多年冻土区沿线沙害主要分布在线路经过的河谷及湖泊附近,在风沙危害严重地段,片石护坡孔隙被沙害掩埋,改变了片石层传热特性,影响片石护坡的降温效果。通过室内试验及现场地温监测分析,根据不同条件(有无积沙、阴阳坡)对片石护坡的降温效果进行了对比分析,研究结果表明:(1)由于片块石层的大孔隙特性,使得片块石护坡能通过暖季隔热、寒季散热这一机理来对路基体进行降温,测温数据显示降温效果良好;(2)片石护坡积沙后其降温效果明显减弱,通过片石层内0.6 m和0.8 m深度的地温积温比较,积沙路段积温明显高于无积沙路段,其中路基阳坡侧高出约50%,路基阴坡侧高出约100%。     

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。     

基于灾害风险评估模型的铁路灾害监测预警系统研究

通过分析铁路事故统计数据,采用回归分析和灰色关联分析方法建立降雨量、风速和能见度等气象因素与事故发生概率的关系式;选取岩土类型、松散物质储量、流域面积、平均坡度和植被覆盖程度5个地质因素作为评价指标,建立基于层次分析法和多维标度法的铁路地质状况风险评估体系;借鉴风险矩阵表达方式,整合地质因素和气象因素,给出事故概率—危险度矩阵,建立铁路灾害风险评估模型。以铁路灾害风险评估模型为核心,构建由网络层、系统硬件层、数据资源层、信息处理层、应用层、业务层和访问层组成的铁路灾害监测预警系统,并接入铁路安全监控信息系统和中国气象科学数据共享服务网以及铁路局的相关信息系统,以很高、高、中和低4级风险强度表示方式将灾害风险评估的结果显示于铁路GIS地图上,能够提供直观、形象的铁路灾害预警信息。     

青藏铁路格拉段高立式沙障防风固沙效果研究

青藏铁路格拉段线路全长1 140 km,沿线冻融侵蚀、风力侵蚀和水力侵蚀交替出现,遭受轻度以上风力侵蚀的路段长约260 km.铁路未通车前,在秀水河段已出现集沙掩埋轨枕的现象,风沙危害严重地影响行车安全.风蚀防治工程不仅保护铁路免遭风蚀危害,同时对保护当地的生态环境具有重要的作用.本文对高立式沙障的防护效果进行观测分析,结果表明,高立式沙障具有显著的防护效果,使路基免于风沙危害.特别是高立式沙障的多排布设构成的综合防护体系,防风蚀效果显著,从阶梯式集沙仪的观测结果来看,它可使风蚀量明显降低.