综合防风固沙体系设计参数优化研究

基于Fluent欧拉-拉格朗日模型，对由立面网板及前期设计的环保固沙砖沙障相结合的新型综合防风固沙体系风沙流场进行数值模拟研究。研究结果表明，综合防风固沙体系中阻沙措施(立面网板)可有效改善原始流场形态，防护高度在1.2倍立面网板高度以下；大粒径砂粒大部分沉积在固沙砖沙障之间，且体系后区域砂粒浓度明显减小，具有良好的风沙净化作用；当立面网板与固沙砖沙障设计间距为5～10 m时，固沙砖沙障内部易形成良好涡旋，有利于砂粒聚集；随着间距变化，综合防风固沙体系有效安全距离呈现先减小后增大的趋势；当固沙砖沙障铺设位置超过阻沙措施原有遮蔽距离后，两者将失去协同防护作用。综合考虑流场情况及防护距离，立面网板与固沙砖沙障设计间距建议设定约10 m。     

新建格库铁路HDPE板高立式沙障防风效益数值模拟研究

以新建格库铁路风沙试验段为背景,基于Fluent欧拉双流体模型,对HDPE板高立式阻沙沙障周围风沙流运动特征进行了数值模拟,得出了HDPE板周围风沙流运动变化规律,分析了三道连续HDPE板沙障的合理间距问题,结果表明:当风沙流经过HDPE沙障时,会形成速度分区,孔隙率为10%和25%时,速度分区分别为气流减速区、气流加速区、气流高速区、低速回流区、速度突增区及消散恢复区,孔隙率增大至40%～50%时,速度突增区消失及低速回流区消失;风速相同时,HDPE板孔隙率越大,其有效防护距离越大;孔隙率一定时,入口初始风速越大,HDPE板沙障有效防护距离越小;三道连续HDPE板沙障,合理间距布设为30 m时,不仅是一种阻沙措施,也可作为一种固沙措施。     

风沙地区铁路深路堑防护形式分析

某煤运铁路部分路段穿过毛乌素沙漠。该地区分布大量固定、半固定沙丘,沉积物中粉粒含量少,砂粒含量高,结构疏松,透水性较大,导致风沙是影响线路稳定性的最大不良地质因素。本文针对一段深路堑(最深22.91 m)的特殊工程条件和风沙危害的特征,提出工程防沙与植物防沙相结合的路基防护形式,即路基本体采用水泥砂浆砌片石拱形骨架护坡,路基两侧设置植被保护带、平整带(防火带)、防护带、阻沙栅栏和围栏的风沙防护体系。     

内蒙古地区风沙防护机理分析

研究目的:分析研究固沙带和阻沙带防风沙体系组成机理,分析工程防沙(机械)和植物防沙条件、防护宽度确定、植物选择依据和布置原则、养灌条件等,提出后期养护与维修工作及人员配置要求,提出新的风沙防护措施,分析植物风沙防护发展趋势。研究结论:(1)降雨量小于160 mm,地下水不能满足植物浇灌水量时采用工程防沙(机械防沙);降雨量160～280 mm,采用工程防沙+植物防沙相结合、微灌养灌;降雨量大于280 mm不需要微灌养灌、只需浇定根水。(2)植物防护采用乔灌木条带间隔布设,乔木株行距2 m×3 m、灌木采用2 m×1 m或2 m×1.5 m。(3)工程防沙:采用相应规格的方格和适应地形的数道高立式沙障相结合防护(树枝或土工网方格采用1 m×1 m;沙丘高度2～3 m,一般能远视,可以设1～2道高立式沙障,沙丘高度大于3 m,无法远视时设置2～3道高立式沙障)。(4)防护宽度:一条公路或铁路走向与风向夹角小于30°、防护宽度应按现行规范宽度L×sinβ(β为风向与线路的夹角)。(5)风沙防护新措施:地膜集水及有机植物加菌类孵化覆盖防沙。(6)植物防护风沙应与旅游、经济发展相结合,前期可适当增加投资。     

南疆戈壁区机械防沙措施阻沙效益的风洞测试研究

为探讨机械防沙措施对风沙流的流场和风速消减效果的影响规律,基于试验模拟的方法,依托格库铁路风沙防护工程,开展针对不同的机械防沙屏障材料的风洞模型试验.在此基础上探讨风沙流在不同类型阻沙措施下的流场分布情况,分析防沙措施的流场消减效果和阻沙效果.研究结果表明:风沙流经过不同类型阻沙措施后,流场会在沙障前后出现明显的差异,尤其是在障后0～15H范围内,风速值差异巨大.芦苇束沙障和HDPE板沙障流场分布情况较为类似,其风速消减幅度最大;米字型板和HDPE网沙障风速消减效果居中;棋盘式沙障风力消减效果相对最小.沙障的阻沙效果是多因素综合作用下的结果,风速的大小和沙障的阻沙效果呈现负相关变化,风速越高,阻沙效率越差.研究结果可为格库铁路新疆段沙害防治提供科学依据.     

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。     

浅析西格二线风沙路基平面固沙方案

本文结合西格二线风沙路基戈壁风沙流的沙害特点,通过对传统草方格、石方格等平面固沙措施及PE防风固沙网方格比较分析,简单介绍了西格二线（非应急工程段）采用PE防风固沙网平面固沙原理及PE防风固沙网方格平面固沙的优越性．     

太中银铁路太中线定边县沙害分析及治理措施

介绍太(原)中(卫)银(川)铁路太中线穿越的定边县自然环境特征,对定边县沙害成因、铁路沿线沙源分布特点及沙害表现形式、铁路沙害程度评价进行阐述.针对铁路沙害调查及分析,开展铁路沙害防治措施研究,提出防治原则和清沙、固沙、阻沙与固沙相结合的沙害治理措施,分析沙害治理效果.根据铁路沙害特点,采取因害设防、以固为主、保护与治理并举、工程与植物相结合的防沙和治沙措施,治理沙害效果显著.     

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。     

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。     

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。     

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。     

兰新铁路思甜至了墩段沙害形成原因分析及防治研究

为解决兰新铁路思甜至了墩段风沙灾害问题,基于现场调研,掌握研究区沿线沙害现状和沙害形成原因,并提出防治措施。沿线风沙危害发生与当地干旱多风的气候条件、铁路沿线松散的路堑边坡、路堑堑顶弃土和路堑内形成弱风区有关。综合考虑工程造价和现场实际情况,研究区铁路防沙设计建议采用固化松散路堑边坡+堑顶弃土构筑挡沙堤+高立式阻沙沙障+大方格阻固沙障相结合的防沙模式,构建立体防沙体系。     

阿联酋铁路路基风沙防治措施数值分析及设计

结合阿联酋联合铁路工程背景,采用CFD技术对风沙防治措施进行模拟分析,并根据计算结果进行风沙防治措施设计,使设计更趋于合理化。基于阿联酋风沙实际情况,分别利用GAMBIT软件和ANSYS软件建立路基整体风洞模型和阻沙栅栏二维模型,并用FLUENT软件进行求解,根据对比分析选取适宜的路基边坡坡率、地表覆盖物粒径、阻沙栅栏疏透率等设计参数,进行风沙防治措施设计。结论:(1)风沙路基应采用放缓路基边坡坡率的措施,路堤边坡坡率以1∶2~1∶5为宜;(2)路基两侧应平铺砾石土覆盖于沙地表面,粒径不宜小于5 cm;(3)阻沙栅栏高度宜采用1.5m,按疏透度0.4采取适宜的布置形式。     

铁路沿线联合沙障阻风固沙机理的数值模拟研究

目前铁路上常见风沙病害即为风蚀和沙埋，为保证铁路运输安全，基于欧拉-拉格朗日离散模型，对前期已确定设计参数的由透风栅栏及固沙砖沙障的联合沙障优化措施对路堤周围风沙流场积沙分布的防护效果进行研究分析。结果表明：由于透风栅栏的作用，其后风速降低约50%,部分风沙流受阻抬升导致流场4.5 m以上形成风速加速区；透风栅栏与固沙砖沙障联合作用，在距地面近2 m处风速小于5 m/s,有利于沙粒的沉降，路堤上已沉积在表面的沙粒也不易再次移动；路堤顶面风速降低23.5%,更有利于平稳输导风沙流，减少人工清沙频率，提高防沙效益；联合沙障优化措施在参考风速为分别为5.93、10.38、18.67 m/s时均可有效净化来流风沙；联合沙障有效颗粒防护率可达到89%以上，针对粒径d≥0.1 mm的颗粒，3种入口风速的防护率分别为99.9%、93.6%、94.7%。     

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。     

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。     

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。     

沙漠铁路固沙砖设计参数的数值模拟

为了研究适应于青海雅丹地貌区沙漠铁路地质条件、气候环境等因素的新型固沙沙障,结合当地情况采用不破坏当地地貌环境的固沙砖作为固沙沙障。通过数值模拟软件Fluent,计算来流风速为26. 7 m/s工况下,对比分析固沙砖不同设计参数的阻沙固沙效果,确定固沙砖最优设计参数。结果表明:当固沙砖高度为40 cm、孔隙率为5%、铺设为1 m×1 m的规格时,可以充分利用涡旋作用,使大部分沙粒沉积在固沙区内;固沙区内部与上部的速度差可以达到27. 5 m/s,形成明显的速度梯度,亦有利于携沙风中沙粒沉降;固沙区内部风速降低最高幅度为93. 3%,近地表风速小于沙粒起动风速,有效遮蔽距离最大,有效遮蔽高度可达到0. 6 m。     

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.