典型机械治沙工程的防沙原理

立式栅栏与草方格是防沙工程中广泛使用的机械措施，目前对其防沙机理的认识尚不完善。本项研究拟利用流体力学与风沙物理学原理，借助先进的粒子图像测速（PIV）系统，通过风洞实验模拟、与野外观测，建立气流经过不同疏透度、不同高度立式栅栏的速度场以及涡量场的分布模型，计算典型位置的湍流强度，确定沙粒在风力作用下经过不同类型栅栏前后的速度场、浓度场、能量场及其变化规律。将气流场与沙粒运动场的特征进行对比，确定栅栏的有效防护距离与疏透度和高度的关系，在此基础上，确定防沙栅栏的最佳疏透度和高度，为直立式防沙栅栏的设计提供更为完善的理论依据。运用大涡模拟方法，对不同尺度草方格内的流场分布进行数值计算，并与风洞实验和野外观测结果进行对比，揭示草方格形成稳定凹面的力学机理，为草方格在治沙工程中的使用提供理论依据。

本项目针对草方格和栅栏两种典型机械治沙工程开展防沙原理的研究工作。取得的主要进展如下：第一，利用保角变换的方法，建立了一个新的力学解析模型，用以解释草方格的固沙效果。定义了草方格的固沙系数，在已有解析解的基础上，进一步给出拟合的近似公式供工程使用。与已有的理论相比，对草方格固沙效果的分析在物理意义上更加合理。结合流体力学有关的实验结果，第二，给出栅栏风载荷计算公式，在利用土力学与桩基础中的基本理论与方法，探讨了栅栏沙障立柱的最小深埋问题，为阻沙工程的设计与施工提供了更加合理、可靠的理论依据。