机械沙障阻沙固沙机理的数值模拟研究

摘要

随着近年来土地荒漠化的加剧，风沙流运动对农田、交通、居民点造成了严重的危害。在人类与土地荒漠化的斗争过程中，科技工作者们做了大量的工作，探索并提出了一批富有成效的防沙治沙措施。但是，目前对于这些工程措施的改进优化仍以经验为主，缺乏深入的理论支持。因此，本文通过较为先进的数值计算手段，针对目前使用广泛并且成效显著的两种防沙治沙工程措施——防风挡沙墙、草方格沙障进行深入研究，主要研究内容如下：　　1)调查回顾了目前针对风沙流的数值计算模型，分析并选取了较为合理易用的沙粒-沙床碰撞过程的数学模型。通过模型简化与经验性调整，提出了适用于戈壁地表的二维沙粒-戈壁碰撞过程的数学模型。在此基础上进行平坦床面风沙流数值模拟，并将结果与风洞实验进行对比，验证风沙流计算模型的可靠性。　　2)对沙和戈壁下垫面情况下铁路路基、带有防风挡沙墙的铁路路基、改进防风挡沙墙的铁路路基周围的风沙流情况进行数值模拟。得到了不同风速，不同路基形态下风场、水平/垂直输沙率通量、颗粒速度、颗粒粒径等信息,分析了防风挡沙墙防风防沙的机理以及后侧路基积沙的形成原因。　　3)对草方格周围风沙流进行数值模拟，并将部分数值模拟结果与风洞实验结果进行对比验证。通过对流向、垂向、展向输沙率的分析，评估了草方格的阻沙固沙效果，讨论了草方格内部中间低四周高的独特积蚀形态形成的原因。通过对沙粒粒径的分析，发现了草方格对大颗粒的防护效果较好。

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