青藏铁路错那湖段插板式高立式沙障防风固沙效果研究

摘要

论文针对以青藏铁路为典型的高原铁路的风沙灾害问题，以最严重的沙害路段——错那湖段为例进行研究，以K1533右侧的多排高立式沙障为主要研究对象，根据现场实验所获得的风速数据和输沙量数据分析阻沙措施的防护效果。并基于Ansys Fluent研究了阻沙措施在不同风速和风向条件下的防护效果，为高原铁路的风沙灾害防治提供理论依据。
　　论文主要研究成果有:
　　(1)高立式沙障可明显降低近地表风速，沿水平方向上，高度越低，障后风速占对照点风速的比值越小，沙障的防风效果越显著。
　　(2)3m高度内，第二道沙障后的平均风速最小，第三道沙障后的平均风速最大;在各道沙障后2m、5m、8m处，第二道沙障防风效果最好，在各道沙障后12m处，第一道沙障防风效果最好。
　　(3)不同风速下，75cm高度范围内，对照区输沙量的对数与高度之间有良好的线性关系;风沙流中沙粒主要是贴近地面运输，设置阻沙措施时，只需将高度设置为30cm左右便能取得良好的效果。
　　(4)风速在13m/s以下时，三排高立式沙障的联合阻沙率超过99.5％，多排高立式沙障与石方格、碎石压沙组成的综合防护体系可使携沙气流中的输沙量至少降低99.97％，防沙效果非常显著。
　　(5)通过Fluent模拟，在不同风速下，多排高立式沙障对风速的降低百分比基本一致，风速越大，障后风速的降低幅度越大;随着防护体系的深入，沙障对近地表风速的影响高度也越高。与风向正交于沙障相比，风向与沙障斜交80°时，高度越低，沙障的防风效果降低的越明显。
　　(6)通过Fluent模拟，高立式沙障的阻沙效果随着风速的增大而降低，在极端天气下(对照点2m高度处风速为28m/s)，三排沙障的联合阻沙率为80.95％，仍具有较好的阻沙效果;当风向与沙障斜交时，沙粒向风向与沙障相交的钝角方向移动，造成沙障的阻（固）沙效果降低，将阻沙工程设置为与主导风向垂直方能发挥最大的阻沙效果。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2铁路风沙防治研究现状

1．2．1 国内外铁路风沙防治研究现状

1．2．2 Fluent数值模拟研究进展

1．3铁路风沙防治的主要措施

1．3．1风沙防治的主要措施

1．3．2青藏铁路风沙防治研究

1．4研究内容与技术路线

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

2研究区域概况

2．1错那湖沿岸概况

2．1．1错那湖段自然环境简介

2．1．2错那湖段风沙活动简介

2．2 实验区防沙措施布设概况

2．3 实验方法

2．3．1测点布设

2．3．2风速的测定

2．3．3输沙量的测定

2．4本章小结

3错那湖沿线主要风力侵蚀特征

3．1风速和风向

3．1．1实验区风速特征

3．1．2实验区风向特征

3．2地表粗糙度

3．3摩阻速度

3．4风速廓线

3．5本章小结

4风沙运动规律研究

4．1 高立式沙障防风效果研究

4．1．1水平风速变化特征

4．1．2竖向风速变化特征

4．2机械沙障输沙特征研究

4．2．1对照区输沙特征研究

4．2．2第一道高立式沙障阻沙效果研究

4．2．3 第二道高立式沙障阻沙效果研究

4．2．4第三道高立式沙障阻沙效果研究

4．2．5 石方格沙障阻沙效果研究

4．2．6机械沙障阻沙效果总结

4．3 本章小结

5 不同风速及风向时的数值模拟研究

5．1 Fluent模拟目的

5．2 Fluent模型的确定

5．2．1 湍流模型

5．2．2多相流模型

5．2．3参数的选择

5．2．4求解设置

5．2．5几何模型与网格划分

5．2．6边界条件的确定

5．3模型的有效性分析

5．3．1防风效果模拟

5．3．2阻沙效果模拟

5．4不同风速下沙障的防风固沙效果模拟

5．4．1不同风速下沙障的防风效果

5．4．2不同风速下沙障的阻沙效果

5．5风向与沙障斜交时的防风固沙效果模拟

5．5．1斜交风向时的防风效果

5．5．2斜交风向时的阻沙特征

5．6本章小结

6结论与展望

6．1 结论

6．2建议与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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