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原文传递铁路路基风吹雪积雪机制与灾害防治研究

论文题名：	铁路路基风吹雪积雪机制与灾害防治研究
关键词：	铁路路基;积雪灾害;风洞试验;风雪流场;数值模拟
摘要：	“一带一路”战略促进了我国西北新疆地区铁路建设的快速发展，而该区域风吹雪导致的路基积雪灾害严重威胁着铁路的运营安全。　　铁路路基风吹雪积雪灾害与地域风场特征、雪场特性、地形起伏特点、路基断面形状尺寸及防控雪障技术参数等影响因素密切相关。因此，针对铁路路基风吹雪积雪机制与灾害防治开展研究，对于铁路路基防控风吹雪灾害的设计、施工及运营维护的理论与实践具有重要的学术价值和工程实际应用价值。　　本论文在现场调查及资料分析的基础上，针对新疆地区铁路风吹雪路基积雪灾害易发区环境条件的复杂性、试验监测手段的单一性、计算分析的简单性、雪障设计的经验性、路基积雪危险性评价和监测预警阈值的缺乏性等理论和关键技术问题，依托新建阿富准铁路，采用现场监测、室内和室外原位风洞试验、数值模拟等多种研究方法和手段，对铁路路基风吹雪作用下风场和雪场分布特征、雪障周边风场和雪场分布特征和铁路路基风吹雪灾害风险评价及其预警阈值等三个方面进行了深入系统的研究，论文主要研究工作和取得的研究成果如下：　　（1）全面分析了风吹雪作用下铁路路基和防控雪障典型断面的风雪流场分布特征及积雪分布特征，确定了不同路基条件下防控雪障的布设位置。　　基于现场监测、室内风洞试验、原位风洞试验和数值模拟，确定了典型路堤断面和路堑断面的风雪流场分布特征和积雪场分布模式，分析了不同高度路堤和不同深度路堑对风雪流场分布和积雪场分布的影响。结果表明：风雪流通过路堤时风速呈现“n”形分布，积雪厚度呈现“u”形分布，路堤表面积雪相较于远端平均积雪厚度减少；当风雪流通过路堑时风速呈现“w”形分布，积雪厚度呈现“m”形分布，路基表面积雪相较于远端平均积雪厚度增加，大量雪颗粒堆积在积雪平台内；积雪场分布与风雪流场分布有对应关系，雪颗粒堆积在风速较低的区域；大于3m高度的路堤一般可不进行防护，小于3m高度的路堤应行防护，而路堑是重点防护地段。　　（2）探讨了不同参数条件下铁路路基风吹雪防控雪障周边风雪流场特征和积雪场分布规律，确定了防控雪障技术参数。　　通过现场实测、室内风洞试验、原位风洞试验和数值模拟，明确了雪障周边的风雪流场分布特征和积雪分布特征，重点分析了雪障空隙率、高度和布设位置对路基风、雪场分布的影响，以降低路基顶面积雪厚度为标准，提出了雪障最优设计参数。结果表明：雪障可以通过改变风场特征，使雪颗粒堆积在雪障周边，从而降低路基表面的积雪厚度，可以有效的对路基风吹雪灾害进行防护；在阿富准铁路易发风吹雪灾害的区域，采用空隙率50％、高3m、布设距离路基50m的雪障，可实现对阿富准铁路路基风吹雪灾害的防护效果最优。　　（3）提出了铁路路基风吹雪灾害风险评价指标体系，建立了基于模糊评价理论的铁路路基风吹雪灾害风险评价模型，确定了阿富准铁路沿线风吹雪路基积雪灾害危险性等级及预警阈值和拟合公式。　　结合现场实测、室内风洞试验、原位风洞试验和数值模拟的相关结论，选取了现场环境特征、现场雪场条件、现场风场条件和路基设计参数等4个一级评价指标和11个二级评价指标，建立了铁路路基风吹雪灾害风险评价“5级”评价模型；计算确定了阿富准铁路沿线路基风吹雪灾害危险性等级，提出了风吹雪灾害预警阈值，为阿富准铁路路基风吹雪灾害预警和雪障防护位置确定提供了科学依据。
作者：	邱树茂
专业：	道路与铁道工程
导师：	白明洲
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023