兰新高铁戈壁特大风区风沙灾害形成机理及防沙技术

兰新高铁新疆段穿越戈壁特大风区,特大风驱动下的风沙/砾流灾害是其安全运营所面临的首要问题,也是风沙物理学悬而未决的科学问题.文章对兰新高铁戈壁特大风区风沙危害形成机理及防沙工程效益进行研究,得出以下主要结论:(1)翻越天山的北方冷空气经垭口、沟谷、洪积扇等复杂地形时,受“狭管效应”及“下坡效应”作用,气流加速、风力增大2~3倍,是造成铁路沿线大风频发、沙害严重的重要原因.(2)戈壁特大风地区输沙高度达9m,远大于一般沙漠、戈壁地表,输沙率随高度的增加指数递减.沙粒跃移高度受风速和颗粒粒径共同控制,大风作用下的粗颗粒与戈壁面碰撞具有更强的动能,百里风区沙砾跃移层高度大于3m,烟墩风区大于2m.(3)基于对区域风沙输移规律的认识,筛选和研发了适宜于戈壁特大风区的防沙新材料,提出了“以阻为主,阻固结合”的戈壁特大风区风沙防治理念,构建了“多排前沿阻沙带加高立式大网格固沙带”的戈壁特大风区综合工程防沙体系.防护体系防沙效果显著,体系下风向输沙量降低87.87%,试验段高铁线路积沙明显减少.本研究弥补了特大风条件下戈壁风沙理论研究的不足,加强了特大风区高速铁路风沙工程学研究.