新疆戈壁、荒漠强风区铁路沿线积沙分布迁移规律及挡风沙构筑物优化设计与合理组配模式研究

The stong winds in the Gobi and desert area cause two aspects of direct destructive effects on the passing train. On the one hand ,the strong wind-sand flow break windows of the train and make damage to the train's body or ever blowing turn the train,on the other hand, after the transit of strong winds, a large number of gravel is sinking, the train was forced to stop. The problem of drifting sand and gravel flux become very serious, it affect the railroad security and railway lines maintenance. this project study maximum amount of sand or gravel sediment and the sand sediment transport intensity, also with the distribution and migration laws of blown sand by the measured values of the flow trajectory of gravel and wind speed testing and the survey date for wind erosion and sand sediment. After the The grain-size and psephicity of sand sample was analyzed which taken back from the monitoring points in the field along the railway in Gobi and desert area , the wind tunnel experiments and the numerical experiment would be carried out to verify the study result above. The research results be avaible to reference for the design of engineering construction of protection and preventment of drifting sand and gravel flux, it be useful to the preventment for wind erosion hazard of railway embankment.

新疆戈壁及荒漠地区的强风携沙砾流运动对途经该区的列车产生两方面直接破坏作用，一方面强风携沙砾流击破车窗、损坏车身甚至吹翻列车，另一方面强风过境后，大量沙砾物质沉落掩埋轨道，致使列车被迫停轮。因此，该区域内的铁路安全与线路维护问题十分突出。本项目应强风区铁路沿线的防沙砾工程实践对强风携沙砾运动的物理力学特性研究理论的需求，基于戈壁荒漠典型地段的风沙、砾石流的实测、长期监测成果数据，通过沙砾运动轨迹及风速测试、风沙流结构测试以及地表风蚀与积沙测试等多种测试方法，结合室内采样分析、风洞实验、数值模拟，展开对戈壁、荒漠强风区不同风速条件下的输沙强度、总输沙量规律、以及挡风沙构筑物周围的积沙分布、迁移规律的研究。并基于此，进一步对各种挡风沙构筑物的优化设计以及相互之间合理组配模式展开研究。研究成果能为戈壁荒漠强风区铁路沿线的防风沙、砾石流工程构筑物合理设计及多种防治结构物优化组配提供直接依据与参考。

本项目是在我国西部铁路快速发展而西部戈壁与荒漠地域又具有风沙灾害肆孽特点的背景条件下应运实施的。研究项目围绕铁路工程防沙的关键核心技术问题诸如最大输沙量计算、风沙流强度模型建立等科学问题展开研究的。研究项目基于具体工程防沙问题针对微地形地貌条件下的铁路路基周围风沙流场特征以及挡风沙构筑物周围的风沙流场展开现场调研、室内风洞测试、数值模拟分析，并利用三种研究手段相互佐证分析。其落脚点则是针对既有防沙工程的不足与薄弱环节进行改造以及基于工程流体原理对防沙工程措施的合理组配等亟待解决的防沙工程实践问题展开深入研究。土堤式挡风墙不能满足强风条件下的铁路防风需求，必须进行加高改造，利用流体力学原理以及材料力学、土力学等基础力学知识，围绕这一问题进行了既有防沙工程措施的流场、受力稳定分析。将铁路线路周围的微地形地貌抽象成典型的5种地貌类型，并建立起数值分析模型。分别为平坦地形、上坡地形、下坡地形、凸起、凹陷地形，通过流场分析发现上坡与凸起地形路基本体路肩部分易发生风蚀病害，而下坡地形会造成大量积沙掩埋轨道。对各种挡沙构筑物进行了流场分析，特别对具有代表性的轨枕式挡沙墙进行了流场分析和风洞积沙测试。摸清了挡沙构筑物周围的流场演化规律与积沙迁移趋势，特别是轨枕式挡沙墙随着透隙率参数变化其背风侧的涡流区移动规律，而涡流区的移动与积沙的迁移具有对应关系。这些研究成果为我国西部铁路防沙的科学合理设计及对既有防沙工程的改造优化提供重要的参考与借鉴。