青藏铁路格拉段风沙工程体系防护效益研究

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本文以青藏铁路格拉段沙害防治为出发点,着眼于铁路沿线风沙工程体系的防护效益评价。本文在野外考察、定位观测的基础上,结合文献查阅,明确了格拉段沿线的地质、地貌及气候特征,总结了铁路沿线沙害的类型、成因以及特征,并指出了现有防沙措施存在的问题。基于风洞模拟实验,模拟了防护体系采用的主要阻沙措施和固沙措施的流场结构、积沙量及积沙特征等;并采用3D激光扫描仪在野外实测了典型沙害路段防护体系内风沙蚀积动态变化,评价了阻沙措施、固沙措施以及防护体系的防护效益。最后探究了铁路沙害的发展趋势,并提出了铁路沙害防治的原则、以及典型沙害路段的防护思路,给出了完善沙害防护体系的建议,以期为高原铁路风沙灾害防护体系的设计、改进和维护提供参考。  (1)青藏铁路格拉段沙害分布具有时空集中性:时间上,沙害主要发生在“风旱同季”的冬春季;空间上,沙害主要分布在河谷、河岸及湖滨等地。格拉段沙害的成因有充足的风动力、丰富的沙源物质以及全球变化与人为活动的影响。  (2)阻沙栅栏和砾石方格的风洞模拟结果表明,由于阻沙栅栏对气流的阻挡作用,导致气流越过阻沙栅栏时在栅栏两侧产生不同的功能分区,即遇阻抬升区、急流加速区、低速沉降区、消散恢复区和涡流区;不透风阻沙栅栏后易产生极强的涡流,限制了其有效防护距离;而透风的尼龙网阻沙栅栏气流分离较弱,导致其低速沉降区范围增加,产生较长的有效防护距离,可达-8H~20H。砾石方格能有效增加地表粗糙度,降低近地表风速,削弱近地层气流携沙能力;在砾石方格内产生的涡流促进了稳定凹曲面的形成,低速风沙流过境时堆积作用显著,高速风沙流过境时呈非堆积搬运特征。  (3)青藏铁路格拉段采用“远阻近固”为主的工程防沙体系,广泛使用各型阻沙栅栏和方格沙障。3D激光扫描仪对工程措施积沙量及其形态特征的监测结果表明:①各型阻沙栅栏中,百叶窗条形阻沙栅栏的防护性能最好,有一定削弱风速的能力,阻沙率较高,阻沙栅栏后可供积沙沉积的空间范围较大。②3种方格沙障中,尼龙网方格沙障的综合性能要优于砾石方格沙障和水泥板方格沙障,但砾石方格沙障具有取材方便的特点,而水泥板方格沙障防沙性能虽优异,但不具经济优势。③红梁河段防沙体系内单宽积沙量为70.08m3/m,第一道阻沙栅栏后积沙量最多,占总积沙量的27.1%;秀水河段防护体系单宽积沙量为30.61m3/m,第3道阻沙栅栏后积沙量最多,占总积沙量的25.5%;北麓河防护体系单宽积沙量为32.94m3/m,第一道阻沙栅栏前后积沙量最多,达17.81m3/m,占总积沙量的54.1%。④与单排阻沙栅栏相比,双排阻沙栅栏体系的性能更加优越,综合防护效益较高,工程实践中应采用多排阻沙栅栏的设计。  (4)青藏铁路格拉段沙害过程复杂多变,风沙危害具有持续性、累积性和突发性的特点,短期内需密切关注沙害发展趋势,积极防治沙害。格拉段沙害防治应遵循“因地制宜、因害设防”的原则。对于流沙型沙害路段采取“远阻近固、固阻结合”的思路,河流型沙害路段采取“岸坡输导、岸上阻固”的思路,湖滨型沙害路段应采取“控制沙源”为主的思路。同时,对青藏铁路格拉段沙害的治理进行了展望,探讨了沙害防治未来的研究方向。
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