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原文传递沙漠高速公路路基风沙流响应规律及沙障互配模式研究

论文题名：	沙漠高速公路路基风沙流响应规律及沙障互配模式研究
关键词：	沙漠高速公路路基;风沙流响应规律;沙障互配模式
摘要：	伴随西北地区高速公路路网的不断完善，多条高速公路建设面临穿越沙漠、戈壁等特殊地理环境问题，风沙作为西北地区特有的环境灾害，是沙漠及戈壁高速公路所面临的主要危害之一，如何正确认识风沙流动规律、科学设置防风沙措施、保障高速公路安全运行，就成为沙漠及戈壁高速公路设计时应考虑的关键问题。为此，本文依托乌海--玛沁（乌玛）高速公路穿越腾格里沙漠的实际工程，采用现场调研、野外观测和数值模拟的方法，从风沙流对路基的响应规律、沙障对风沙流的阻滞效应以及乌玛高速公路防风沙体系设计等方面，展开了以下研究工作：　　（1）构建风沙两相流数学模型并结合实测数据分析确定相关参数　　通过分析沙粒运动的基本特征及风沙两相流的基本理论，构建风沙两相流数学模型。通过现场实地勘察及沙粒取样，分析高速公路两侧沙害特征及粒径范围;根据现场布设的气象观测站的连续观测数据，分析区段内的风速特征分布，为数值模拟边界条件及参数设置提供依据。　　（2）基于风沙两相流数学模型，研究路堤、路堑等不同断面的风沙流响应规律　　路基断面形式对风沙流活动有重要影响，根据现场风沙段建立不同高度、不同坡度的路基断面形式，基于风沙流数学模型进行模拟计算，研究风沙流在不同路基断面参数下的流场特征和积沙分布，结果表明，路堤坡度越小，特征点处的风速越大，越利于断面输沙，路堤高度越高，对风速的阻滞效应越强，不利于断面输沙;路堑坡度越缓，越利于断面输沙，坡度越大则相反，路堑深度越深，越不利断面输沙。　　（3）结合现场布设沙障类型，研究不同沙障的防护效果　　沙障是风沙防护体系中的重要措施，根据现场布设的沙障，对HDPE阻沙沙障和高立式固沙沙障进行数值模拟，以明晰不同排数阻沙沙障及不同组数固沙沙障的流场特征、阻沙特征及防护效果，结果表明，随着沙障排数和组数的增加，沙障的有效防护距离和防风效率均逐渐增大，即沙障防护效果越好，其中阻沙沙障相对于固沙沙障，防护区间更大、沙粒沉积范围更广，而固沙沙障对风沙流的阻滞效应更强。　　（4）研究不同风沙防护体系的防护效果并提出选用建议　　阻沙沙障与固沙沙障的组合能更好的阻滞风沙活动，基于两者的组合提出了双排式阻沙沙障和三排式阻沙沙障的两种防护体系，研究两种体系在路基迎风、背风侧的防护效果，基于两种防护体系的防护效果及对乌玛高速公路风沙段的沙害调查，提出不同排数阻沙沙障防风沙体系的适用建议，结果表明，三排式阻沙沙障防护体系防护距离较长，防风效率较高，宜用在风沙段现场的重沙害区段，如k169+300~169+700、k170+900~k171+800等区段;两排式阻沙沙障宜用在轻沙害地段，如k167+500~169+100、172+400~174+500等区段。
作者：	倪国庆
专业：	道路与铁道工程
导师：	韩峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022