风沙地区公路取土场施工的环境影响与恢复技术研究

依据荒漠藻固沙结皮与风沙学基本原理,针对内蒙古浑善达克沙地的环境特点,分析了省际通道公路建设取沙过程产生的地表植被剥离、沙丘活化等环境问题。结合工程实例,提出了风沙地区公路建设过程中取土场扰动减缓措施与沙障恢复技术。结果表明,草方格沙障能有效固定取土场边坡和底部的流沙,并有利于生物结皮的形成,改善土壤营养成分,促进植被恢复,是一种成功的取土场固沙恢复措施。     

路堤式路堑风沙过程数值模拟

为了减轻风积沙对公路的危害，以黄瓜梁至茫崖高速公路风沙路段为工程背景，借助计算流体力学软件(CFD),对路堤式路堑风沙过程进行了数值模拟。结果表明：随着风速的增大，设置护栏的路堤式路堑内部沉沙区的面积呈明显递减趋势，且沉沙区逐渐向下风向移动；与设置护栏时相比，未设置护栏时路堑内部风速衰减幅度明显偏小，对应地沉沙区的面积也偏小；设置护栏时路堑内部的风速近似呈Ω形分布，而未设置护栏时近似呈W形分布；路堑内部的积沙量与风速呈负相关，但同一来流风速下，设置护栏时积沙量较未设置护栏时明显偏大；风积沙具有累积特性，采用风沙两相流模型能够更为准确地预测路堑内部长期积沙状况；提高路堤式路堑中路堤高度，能够减小路面风速衰减幅度，进而减轻路基沙害，在条件允许时可考虑该方案。     

浩吉铁路风沙路基基床动力稳定性评价分析

内蒙古自治区范围内的蒙西华中铁路部分标段穿越毛乌素沙漠，地表广泛分布有细砂，但优质填料匮乏。利用风积沙进行物理改良，作为基床底层和路堤填料，将大量节约工程投资，且缩短施工周期。但采用风积沙进行物理改良作为基床底层填料时，能否适应列车动荷载的作用，其动力稳定性还需进行评价。选取典型试验工点，采用高速液压夯机作为加载设备，以动变形等效为原则确定加载板的尺寸，完成现场原位振动试验。结果表明：风积沙物理改良填料填筑的基床动变形小于1 mm，动力稳定性复合规范要求。     

风沙地区高速铁路综合选线原则研究

风沙灾害威胁着沙区铁路建设运营，由于高速列车具有速度快、车体轻的特点，线路在穿越风沙地带时受到的风沙流威胁更大。为在选线设计时就将线路风沙危害尽可能地减小，通过分析风沙流对高速铁路建设和运营的影响机理，针对风沙地区特殊的自然条件，结合铁路选线基本理论与方法，提出风沙地区高速铁路综合选线原则及风沙流区、戈壁区、大风区的高铁线路选线设计要点。以兰新高铁为例，通过详细勘察风沙区和分析现有资料，从线路走向方案设计、工程投资、环境影响等方面研究风沙地区高速铁路综合选线原则在实际线路工程中的应用，并确定了高速铁路在风沙地区较为合理的线路设计方案。经过兰新高铁多年的实际运营表明：该方法具有较好的工程应用性，可为今后风沙地区高速铁路选线设计提供一定参考。     

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。     

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%。     

风沙冲蚀下钢结构涂层的界面应力与破坏准则

为表征和评价风沙冲蚀作用下钢结构涂层界面结合强度，以西北地区风沙流特征为背景，利用接触力学和界面力学理论建立了在风沙冲蚀作用下钢结构涂层的界面应力表达式.结合断裂力学理论和有限元分析方法，确定了钢结构涂层的界面起裂位置.在起裂位置处建立了考虑压应力影响的界面应力破坏准则.研究结果表明：当冲蚀角度为30°和60°时，最大界面剪应力分别位于冲蚀点前侧200 mm和180 mm处，最大界面压应力分别位于冲蚀点前侧100 mm和50 mm处，涂层界面的起裂位置为最大界面剪应力处.风沙冲蚀作用下涂层的界面应力破坏准则与莫尔-库伦强度准则相似，斜率的大小取决于沙粒的冲蚀角度，且当冲蚀角度为30°和60°时，斜率大小分别为-0.599和-0.467.     

基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质环境建模及线路优化设计研究

风沙地区铁路选线主要受制于地质因素、环境因素，实现沿线区域地质环境建模是减灾选线及线路优化设计的基础。为提高沙害区线路方案设计的效率与水平，借助遥感技术实现铁路沿线风沙灾害信息识别与提取，设计多源异构地质数据的入库规则与存储方式，建立基于GIS的风沙地区铁路选线不良地质信息库，实现灾害数据的统一管理；利用获取的选线区域矢量、栅格、专题数据，基于GIS建模功能构建风沙区选线地质环境模型，实现不良地质信息的多维表达与空间分析，通过可视化的立体选线方法进行线路方案的优化设计。以格库铁路某沙害区选线为例，建立线路三维地质环境实体模型，通过分析风沙流对平面穿越和立体绕避2个线路方案的危害程度，得到了较为合理的设计结果。研究表明，本方法能够为今后风沙地区铁路选线设计提供一定的技术支撑。