减压环在被动柔性防护网中的耗能作用研究

基于落石防护措施受力系统的复杂性及不同系统参数研究的有效性角度考虑,数值方法正成为研究被动柔性防护网动态受力行为的重要手段。为研究被动柔性防护网中的减压环在落石冲击作用下的耗能及缓冲作用,以实际被动柔性防护网为原型,建立含减压环及不含减压环的两种被动柔性防护网有限元模型,基于ANSYS/LSDYNA分析两种防护网在不同冲击能量及冲击位置下的动力响应。研究结果表明:减压环可增强被动柔性防护网的柔性、改善作用部位的性能,同时能显著地提高被动柔性防护网的耗能能力。同时,数值结果的对比分析为下一步试验设计以校正有限元模型和研究实体构件受力特征提供了参考依据。

防风抑尘网应用于沙漠铁路风沙防治的数值分析

沙漠铁路风沙地段常用的风沙防治措施主要是PE网,虽然风沙防治效果较好但耐久性不足。而防风抑尘网耐久性好,尝试将防风抑尘网应用于沙漠铁路风沙防治工程,并对其截面特征开展优化研究工作。研究结果表明:孔隙率为0和低开孔率(<20%)在近网处有较好遮蔽效果,风速最高降幅可达93%;高开孔率(40%和50%)具有较好遮蔽距离,但遮蔽效果不理想;综合考虑遮蔽效果和遮蔽距离的影响,孔隙率为20%和30%的网板优于其他孔隙率的网板;有折角的蝶形网板比平面网板的遮蔽效果更好,最优折角度数为30°~50°;折角50°上部25 cm孔隙率为40%,中部100 cm孔隙率为30%,下部25 cm孔隙率为50%的蝶形网板兼顾遮蔽效果和遮蔽距离的优点且底部导沙能力也优于其他截面形式,因此,该孔隙率不均一的功能型网板为最佳截面形式;当设置双层防风抑尘网的时候,理论的设置间距为26h(h为防风抑尘网高度)。

戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与挡风功效研究

为了掌握戈壁地区铁路沿线各种既有挡风墙的功效与不足之处,基于流体数值分析方法,对高度为3.0 m的不同形式挡风墙背风侧在不同风速条件下的流场进行了模拟计算分析。得到了不同形式挡风墙背风侧的流场特点、风向和风速变化规律:对拉式挡风墙背风侧的涡流特征显著,其大风遮蔽效应系数呈现出先降后升的规律性变化;而土堤式挡风墙背风侧不仅不存在涡流区,且大风途经土堤式挡墙后流场运动要素变化较小。计算数据显示,对拉式挡风墙的挡风效果优于土堤式;挡风墙高度为3.0 m时,对拉式挡风墙能够满足要求,而土堤式挡风墙则不能满足要求,需要加以改进。以上研究结论为铁路的安全运行与防风沙设计提供参考与依据。

雅丹地貌沙漠铁路防风栅栏支护结构优化设计

依托青海鱼卡至一里坪铁路建设工程,对青海雅丹地貌区铁路风沙防治进行研究。防风抑尘网应用于青海雅丹地貌沙漠铁路的风沙防治,其中支护结构是防风沙工程的重要部分,支护结构的设计是否合理将直接影响整个防风沙工程的总成本。因此,有必要对防风沙支护结构进行比选和优化。本文从网板宽度和支护结构形式2个方面进行优化:首先分析网板开孔率、风速、网板宽度等因素对网板强度和位移的影响;其次设计3种不同形式的支护结构,优化支护结构的立柱形式和地锚结构,在保证结构整体稳定性的前提下节约成本。

多孔介质方法对铁路沿线沙障模拟的适用性分析

为模拟细孔透隙式铁路沙障的流场特征,鉴于此类模拟建模的困难性,采用CFD数值模拟程序,基于三维模拟的多孔介质条件对阻沙固沙网和防风沙直立栅栏的流场特征及压力变化进行模拟分析。通过边界条件和参数的合理控制得到:直立栅栏流场的数值模拟结果与风洞实验下的流场速度变化相似;由于栅栏的整流作用,在多孔介质模拟方法下沙障后出现明显的减速恢复区,并在其后逐渐恢复为与入口相同的风速廓线流;结合全断面PE网风洞试验,采用多孔介质模型可以得到与试验数据相吻合的模拟结果,且压降随入口速度的增加明显增大;由模拟结果可知,通过参数的合理控制,多孔介质方法可较好地反映此类沙障的流场变化。

酒额铁路戈壁风沙流地区沙害成因及防治措施

戈壁风沙流是西北地区一种较为常见的风沙灾害,严重威胁到铁路的建设与运营,以酒额铁路为例,采用现场调查和室内分析的方法,对该地区戈壁风沙流结构、特征、形成原因及危害形式进行分析,结合酒额铁路所经区域的自然地理、气候特征等条件,提出戈壁风沙流地区选线的基本原则,阐述以预防为主防治结合的治沙思路和植被防沙为主、工程防沙为辅的防治措施。

铁路拱形防风明洞风荷载研究

兰新铁路第二双线穿过著名的百里风区、三十里风区,其风害极为严重。为了最大限度地减少限速和停轮,在百里风区的核心区采用设置防风明洞的防护措施。通过CFD数值模拟与风洞模型试验研究,得出了作用在防风明洞表面的风荷载随风速增大而增大,且迎风侧为正压、背风侧及拱顶为负压的分布规律。

欧洲对高速铁路横风的研究

横风对高速铁路会产生重要的影响,世界各国对高速铁路横风都非常重视。本次研究首先分析不同国家对高速铁路横风的研究和应对横风的措施;重点介绍以法国为代表的欧洲国家对高速铁路横风研究采用的方法——横风曲线;最后提出欧洲对横风的研究对我国高速铁路灾害监测系统的借鉴意义。

阿联酋铁路路基风沙防治措施数值分析及设计

结合阿联酋联合铁路工程背景,采用CFD技术对风沙防治措施进行模拟分析,并根据计算结果进行风沙防治措施设计,使设计更趋于合理化。基于阿联酋风沙实际情况,分别利用GAMBIT软件和ANSYS软件建立路基整体风洞模型和阻沙栅栏二维模型,并用FLUENT软件进行求解,根据对比分析选取适宜的路基边坡坡率、地表覆盖物粒径、阻沙栅栏疏透率等设计参数,进行风沙防治措施设计。结论：（1）风沙路基应采用放缓路基边坡坡率的措施,路堤边坡坡率以1：2-1：5为宜；（2）路基两侧应平铺砾石土覆盖于沙地表面,粒径不宜小于5cm；（3）阻沙栅栏高度宜采用1.5m,按疏透度0.4采取适宜的布置形式。

兰新线哈密至乌鲁木齐段挡风墙设计

以兰新铁路第二双线（哈密~乌鲁木齐段）LXTJ4标段为工程背景,介绍了新疆百里风区大风对铁路路基施工的危害。针对该工程项目进行挡风墙方案比较,确定该段挡风墙的结构。

兰新二线挡风板静载试验研究

新建兰州至乌鲁木齐第2客运专线,是世界上首条穿越大风区的高速铁路,设置合理可靠的挡风结构对于其运输安全有重大意义。本文依据钢筋混凝土结构计算的假设理论和计算方法,结合挡风板的受力特点,推导出挡风板的开裂弯矩、开裂时最大风荷载和跨中挠度计算公式,并采用合理的加载方式,对挡风板进行静载开裂破坏试验。试验值与计算值之间的对比结果表明,本文推导公式有较好精度,现场试验应用效果良好。

沙漠铁路勘察设计中主导风向的判断方法

研究目的:我国有很多铁路穿过沙漠地区,为了保证铁路的安全运营,各种防沙工程必不可少。在防沙工程勘察设计中,主导风向的判断尤为重要。现实中,很多沙漠铁路穿越的无人区气象资料不够全面,不能反映防沙工程设计地段的主导风向。本文讨论的通过分析铁路沿线沙丘形态判断主导风向的方法可以为气象资料缺乏地区的防风防沙工程设计提供帮助。研究结论:总结了一种通过分析沙丘形态判断主导风向的方法。在确定沙丘类型及沙丘走向的基础上,判定主导风向一般为从比较缓的迎风坡吹向比较陡的落沙坡。以塔克拉玛干沙漠为例说明并验证了本方法的可行性,可为新建沙漠铁路和铁路防沙工程勘察提供很好的帮助。另外,沙丘形态的塑造还受风速大小的影响,其中的详细关系有待深入研究。

临策铁路戈壁段路堤二维风速流场特征研究

利用HOBO风向风速自动记录仪对临策铁路戈壁段4、8 m和12 m高度的路堤进行野外风速流场观测,结合数值模拟和趋势面分析的方法,研究路堤高度和旷野风速的变化对风速流场的影响以及路堤沙害发生的可能性。研究表明:随着路堤高度和旷野风速的增大,路堤风速流场涡流区和弱风区逐渐向路堤背风侧扩大;路堤迎风坡坡脚、背风坡路肩和背风坡坡脚处流沙堆积可能性较大;8 m高度路堤在路面最易形成沙害,建议戈壁地区铁路路堤高度的选取不宜超过8 m;路堤对风速流场的阻碍作用及路堤沙害发生的可能性与路堤高度呈正相关,与旷野风速呈负相关。研究结果对铁路路基断面设计和高程确定及沙害防治具有一定借鉴意义。

太中银铁路典型地段沙害治理效果研究

通过对太中银铁路梅花井段的沙害调查及对当地气候特点等分析,建立"因地制宜,因害设防,就地取材,远阻近固,固阻结合,工程措施与植物措施相结合,植物措施为根本"的防沙治沙原则。采取玉米秸秆高立式阻沙栅栏的阻沙措施及其与尼龙格状防沙网相结合的固阻结合措施,以及草障植物固沙带措施治理沙害。通过含水率、风速、粗糙度、输沙量、蚀积量等观测,以及对植物生长状况调查,分析评价了该区段防沙体系的防沙效果。测试结果表明,实施治理措施后沙地地表粗糙度有所提高、风速有所降低、风蚀减弱,形成了较为稳定的植物生长环境,为植物生长提供了较好的条件,植被覆盖度明显提高,沙害治理效果显著。

铁路路堤周围的风沙分布特征及堆积过程

风沙地区的铁路面临风蚀和沙埋两种危害,严重影响着线路的正常运行.基于欧拉两相流模型,建立了铁路路堤风沙流运动的三维数值模型,分析了路堤周围的风沙流分布特征,研究了沙粒的堆积过程.结果表明:路堤周围流场速度分布沿着风速方向变大,且在迎风坡坡肩处最大值增加了25%;沙粒在铁路路堤堆积的过程可分为路堤坡面积沙阶段、路堤顶面积沙阶段、路堤坡面积沙滑落阶段、路堤坡脚积沙阶段;风沙流速度提高时,路堤顶端最大积沙体积分数增加且积沙区域增大.

沙漠地区道路涵洞周围流场规律及积沙特征研究

涵洞作为沙漠地区道路工程路基的重要组成部分之一,是保障道路安全的重要基础设施。但沙漠地区道路涵洞较易发生风沙灾害,故对其进行系统全面研究非常必要。通过对不同来流风速大小和不同来流方向下涵洞进行三维数值模拟,对比分析不同风速、不同来流方向下的涵洞周围积沙特征,并总结相关结论。研究结果和结论:对比不同来流方向下的涵洞流场特征,得出来流与涵洞夹角为20°时涵洞对洞前洞后流场影响最大,洞前有大面积增速区,洞后速度下降最为迅速。对比不同来流大小及方向下的涵洞周围积沙特征,可知随来流风速增大涵洞前积沙先增大后减少;洞腔内部随风速增大积沙会有所增多;洞后积沙随风速增大会明显增加。同一风速下夹角增大洞前积沙明显增多,且夹角越大洞前积沙横移越明显;洞后积沙随夹角增大会明显减小。

拉日铁路风沙防护设施风洞及现场试验研究

由于海拔高、气候干旱、沙源丰富、原地表植被稀疏等,致使拉日铁路沿线分布大面积流动沙丘、半固定沙丘以及半固定沙地,在风力的作用下,风蚀、沙丘移动、扬沙扬尘活动频繁,路基受沙埋和风蚀危害严重。依据拉日铁路沿线风沙与植被等现场调查结果,对拉日铁路风沙工程防护措施进行了风洞试验和野外现场试验,并对固沙效果进行了观测,用以验证完善设计、指导大规模施工。

风沙地区铁路施工增加费用研究

随着我国铁路网的延伸,穿越大风地区、沙漠地区或风沙地区的铁路项目越来越多,现行的相关标准表现出明显的不适用性,针对风沙地区铁路施工增加费需要进一步研究完善。以新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线新疆段四大风区为研究样本,根据现场测定的不同风力等级条件下人工、机械降效幅度,结合各风区的施工月份大风资料,确定各风区的降效系数,并与原标准、其他行业分别进行水平测算分析。研究结论:(1)铁路工程风沙地区施工增加费的计算基数宜由人工费调整为人工费与施工机械使用费之和;(2)通过水平测算分析,提出风沙地区铁路施工增加费标准建议,可为《铁路基本建设工程设计概(预)算编制办法》的修订提供参考依据。

酒泉至额济纳铁路防沙堤风洞试验数值模拟及积沙试验研究

防沙堤是造价低、使用广泛的工程防沙措施。对三角形和梯形截面防沙堤进行系统对比研究,总结出两种防沙堤的优缺点。通过风洞试验对不同断面形状的防沙堤的流场结构、流场压力分布、积沙情况进行对比研究,然后利用FLUENT数值模拟方法对风洞试验进行验证对比。研究结果和结论:(1)梯形横断面防沙堤迎风侧形成的低速区域宽度大于三角形,梯形迎风侧对沙粒的沉积、滞留作用优于三角形;(2)三角形横断面防沙堤背风侧产生的有效防护宽度大于梯形,防护效果优于梯形;(3)风沙流遇防沙堤阻挡在迎风侧坡脚受阻堆积,积沙达到堤体2/3高度时不再继续堆积增高,一部分向两侧随风流导向两端处,另一部分沿坡越过堤体顶部在落沙坡堆积。准备建设的风沙铁路酒额线及其他交通、民用建筑可以利用以上成果选择防沙堤的形状以达到最好防沙效益。

吉查铁路风沙特点及防治措施

随着风沙地区大量基础工程建设的开展,风沙地区独特的工程地质问题越来越引起人们的重视。虽然不同风沙地区沙害的表现形式基本一致,但具有各自独立的风沙特点甚至细微的差异。因此在风沙地区从事基础工程建设的过程中,在掌控宏观风沙特点的基础上,要尽可能详尽地了解所在区域风沙的具体特点,尽最大可能地确保每一项工程的实施效果,使新建工程在改变自然的前提下尽可能适应自然。