沙漠沙加筋板材料性能及其固沙工程应用研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ni0ni
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地处荒漠戈壁无人区的铁路常年遭受风沙侵袭,恶劣的野外条件使防沙工程建设面临原材料匮乏、运输成本高昂、施工困难等问题,基于此背景下利用沙漠铁路沿线大量的沙漠沙进行“以沙治沙”研究。研究发现由于材料特性导致直接利用沙漠沙制备浇筑固沙板很难满足工程使用性能要求,需通过加入纤维丝(布)的方式对固沙板材的工程性能进行提升改良。本研究针对额哈铁路风沙灾害严重路段,利用野外实地调研、室内试验以及数值模拟等手段,分别对工程区风沙环境特征、沙漠沙加筋板材料性能以及板式方格沙障体系的工程应用进行了研究,得出如下主要结论:(1)工程区处于山前洪积倾斜平原区,在铁路沿线洪积形成的诸多冲沟地貌单元沙害严重,该地区全年主导风向为NE和ENE,其频率达到了22.52%~25.30%,年平均风速为4.48m/s,最大可达17.31m/s,近三年输沙势大小分别为79 VU、67 VU、53 VU,属于低风能地区,但整体风速超过起沙风速(5m/s)的概率为44.41%,说明该地区呈现间歇性的输沙特点,且输沙方向稳定。(2)聚丙烯纤维沙漠沙加筋板随着纤维掺量的增加其含水率呈变大的趋势,吸水率有所降低,相对含水率大幅度提高,与不添加纤维的基准组相比最多提升3.3倍;加筋板力学强度随纤维掺量和长度的增加呈上升趋势,当使用19mm长掺量为0.5%的纤维时,板材抗压、抗折强度分别为20.03MPa、3.22MPa,与基准组相比分别增幅2.15倍和0.59倍,且其软化系数达到0.85以上,可视为耐水性材料;加筋板的表观形态随着冻融循环次数的增加破坏程度逐渐加深,但质量损失率的改善效果愈发明显,当冻融循环75次后,板材的质量损失率大部分低于5%,与基准组相比降低了60%以上,冻融强度损失率则先减小后增大;聚丙烯纤维沙漠沙加筋板各项力学性能较为均衡,适合以板式方格沙障的形式应用于低风能工程区。(3)玻璃纤维网格布沙漠沙加筋板的含水率随着网格布规格的提升先增大后减小,而吸水率呈现逐渐增大的趋势;随着网格布摊铺层数的增加沙漠沙加筋板的抗压强度逐渐降低,但其抗折强度和开裂弯矩则明显增强,当铺设3层规格为160g/m~2的网格布时,加筋板抗折强度达到最大的8.611MPa,加筋板的抗弯受力破坏主要有脆性破坏、脆性破坏+单裂缝柔性破坏、多裂缝柔性破坏三种类型;加筋板在25次冻融循环后外观形态完整,质量损失率小于5%,强度损失率小于25%;玻璃纤维网格布沙漠沙加筋板具有高抗折性,适合以高立式挂板沙障的形式应用于中高风能地区。(4)通过数值模拟得出沙漠沙加筋板方格沙障周围的流场主要分为沙障前的减速区、沙障上方的加速区以及沙障方格内的涡流区三部分;沙障前后的风速大小呈“U”型或“V”型分布的特点,风速极大值出现在第一排沙障方格上方的加速区范围内,随着沙障的深入铺展出现风速极小值,风速极值大小与高度变化呈正相关;沙障周围的积沙主要存在于第一道方格迎风侧紧贴沙障的位置,除此之外大量积沙集中分布在方格沙障内部,并随着沙障的深入铺展格内积沙逐渐减少。(5)根据聚丙烯纤维丝和玻璃纤维网格布的不同特点,总结出符合其自身的沙漠沙加筋板施工工艺,运用于工程区板式方格沙障体系的建设。
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