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青藏铁路自建成以来,沙害问题始终困扰着列车安全运行。随着时间的推移,部分防沙措施已逐渐失去作用。青藏铁路是一条高原铁路,其沙害特征与普通地区有较大差异,因此很有必要对风沙运移规律进行探究,并针对沙害特征制定更为有效的防护措施。 本文以青藏铁路各种类型的路基和沙障为研究对象,在现场调查的基础上,采用数值模拟方法,对青藏铁路南山口路段、北麓河路段、错那湖路段等典型路段路基空气流场和沙害特征进行了系统分析,旨在了解路基流场与积沙特点,分析不同防沙措施的防护效果,进而为青藏铁路沙害防治提供理论指导。主要研究结果如下: (1)风沙流经过路基时,路基迎风坡脚形成减速区,边坡形成抬升区,路基上方形成高速区,背风侧边坡形成回流区。布设通风管的路基,在通风管内形成加速区。路基迎风坡脚风速廓线服从对数规律,背风坡脚风速廓线变化比较复杂,总体呈“增-减-增”的趋势。通过模拟发现,普通路基、通风路基、输沙路基边坡的近地层风速均较低。普通路基边坡对气流的削弱能力最强,与近地层(0.3m高度)气流速度相比,迎风坡脚气流速度减小35‰背风坡脚减小56%。路基边坡积沙与风速流场有很好的对应关系,普通路基边坡积沙最严重,且迎风坡积沙量大于背风坡;通风路基通风管内有少量积沙,影响其保温功能;输沙路基边坡无积沙,沙粒沉积在集沙池内,便于处理。 (2)风沙流经过三种不同的沙障时(轨枕式挡沙墙、PE阻沙网、混凝土挂板式沙障),沙障周围流场与路基流场有相似的分布规律,不同沙障沿程气流速度呈不同的规律。轨枕式挡沙墙沿程气流速度分为三个部分,高于沙障的部分呈“w”型,沙障中部背风侧气流速度呈“u”型,沙障近地层背风侧气流速度呈“n”型;PE阻沙网均匀透风,沿程气流速度均呈“w”型;挂板沙障中间有孔隙,背风侧气流紊乱,速度呈现波动变化。轨枕式挡沙墙迎风侧积沙量大于背风侧,PE阻沙网背风侧积沙量大于迎风侧,挂板沙障背风侧积沙位置较远,沙粒沉积在距沙障约4H处。上风向布设沙障时,沙障与路基之间存在一个低速区,此区域风速呈“两端高,中间低”的规律,路基迎风侧边坡风速更低,但边坡积沙明显减少。 (3)通过对北麓河和错那湖路段的沙害调查发现,铁路西侧沙障积沙量越靠近铁路越少,铁路东侧沙障积沙量越靠近铁路越多。北麓河段挂板沙障防沙效益最好,错那湖段空心挂板的防沙效益最好。错那湖沙害情况比北麓河更严重,错那湖的石方格沙障大量被沙埋,PE阻沙网被湖水冲毁,建议在被埋石方格上建立高立式沙障或增加石方格高度,减少PE阻沙网数量,增加空心挂板数量。