巴楚—莎车高速公路路面风沙危害形成机制及防治对策研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王翠 |
| 答辩日期 | 2020-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 雷加强 |
| 关键词 | 沙漠高速公路 mechanism of wind-blown sand deposition 护栏结构 sand prevention systems 沙害机制 沙害防治 desert expressway guardrail types |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | The mechanism of wind-blown sand deposition and sand prevention measures of Bachu-Shache expressway |
| 英文摘要 | 沙漠高速公路较低等级公路来说，普遍存在路基高、路面宽、公路安全设施等级高等特点，这些特点的综合作用减弱了道路断面的输沙能力，导致沙漠高速公路出现新的沙害问题。针对目前工程实际情况，本文以巴楚—莎车高速公路为例，探究沙漠高速公路路面风沙危害形成机制及其沙害防治措施。论文采用野外调研、室内风洞试验与野外测试相结合的方式， 对巴楚—莎车高速公路风沙环境致灾能力和公路沙害程度进行了评价，测定了公路路基高度、边坡坡度和不同护栏组合形式对流场、风沙流结构及其积沙形态的影响， 通过沙粒受力分析阐明路面沙害机制， 最终提出巴楚—莎车高速公路沙害防治对策。 研究结果表明：（1）巴楚—莎车高速公路沿线年输沙势属低风能环境，地貌类型流动沙漠区 28.84km、戈壁荒漠区 112.78km、绿洲农田区 91.98km，沙害严重路段占路线总长度的 1.46%， 沙害中度路段占 7.48%， 沙害轻度路段占 39.20%， 无沙害路段占 51.86%。（2） 道路断面对气流水平速度的影响主要表现为气流在迎风坡坡脚、路面和背风侧坡脚呈现三个风速减弱区，路基横断面对流场的影响可以分为四个区：外流区、尾流区、恢复区和涡流区。波形护栏对流场的作用特点为护栏下部的正向喷射与护栏后方的反向流相遇，气流附着点在护栏后侧 2.5-5H。混凝土护栏为密实结构，气流在栅栏前抬升剧烈，无喷射流，在护栏前后均有涡流区。缆索护栏喷射流为护栏后侧的主要气流，气流在护栏后侧动能减弱不显著，随着缆索护栏上方附着气流的下沉混合和动量交换，气流逐步恢复加强。路基和护栏对风沙流结构的影响主要表现为路基上方风沙流结构呈现出的“象鼻效应”和护栏阻挡引起护栏正后方输沙通量的减少，护栏对气流的抬升导致护栏上方垂直沙通量的增加，其中以混凝土护栏作用最为显著，缆索护栏影响最小。路基影响下迎风坡和背风坡坡脚是沙粒沉降的主要部位。波形护栏中央隔离带背风侧的超车带上容易积沙，积沙呈条带状分布，积沙厚度与沙通量预测值较为一致， 混凝土护栏积沙主要发生在护栏的前面，护栏前方为风沙沉降首发区，且沉降体积会不断增加，护栏背风侧也会形成少量积沙体，积沙量远少于护栏迎风侧底部。沙漠高速公路较低等级公路来说，普遍存在路基高、路面宽、公路安全设施等级高等特点，这些特点的综合作用减弱了道路断面的输沙能力，导致沙漠高速公路出现新的沙害问题。针对目前工程实际情况，本文以巴楚—莎车高速公路为例，探究沙漠高速公路路面风沙危害形成机制及其沙害防治措施。论文采用野外调研、室内风洞试验与野外测试相结合的方式， 对巴楚—莎车高速公路风沙环境致灾能力和公路沙害程度进行了评价，测定了公路路基高度、边坡坡度和不同护栏组合形式对流场、风沙流结构及其积沙形态的影响， 通过沙粒受力分析阐明路面沙害机制， 最终提出巴楚—莎车高速公路沙害防治对策。 研究结果表明：（1）巴楚—莎车高速公路沿线年输沙势属低风能环境，地貌类型流动沙漠区 28.84km、戈壁荒漠区 112.78km、绿洲农田区 91.98km，沙害严重路段占路线总长度的 1.46%， 沙害中度路段占 7.48%， 沙害轻度路段占 39.20%， 无沙害路段占 51.86%。（2） 道路断面对气流水平速度的影响主要表现为气流在迎风坡坡脚、路面和背风侧坡脚呈现三个风速减弱区，路基横断面对流场的影响可以分为四个区：外流区、尾流区、恢复区和涡流区。波形护栏对流场的作用特点为护栏下部的正向喷射与护栏后方的反向流相遇，气流附着点在护栏后侧 2.5-5H。混凝土护栏为密实结构，气流在栅栏前抬升剧烈，无喷射流，在护栏前后均有涡流区。缆索护栏喷射流为护栏后侧的主要气流，气流在护栏后侧动能减弱不显著，随着缆索护栏上方附着气流的下沉混合和动量交换，气流逐步恢复加强。路基和护栏对风沙流结构的影响主要表现为路基上方风沙流结构呈现出的“象鼻效应”和护栏阻挡引起护栏正后方输沙通量的减少，护栏对气流的抬升导致护栏上方垂直沙通量的增加，其中以混凝土护栏作用最为显著，缆索护栏影响最小。路基影响下迎风坡和背风坡坡脚是沙粒沉降的主要部位。波形护栏中央隔离带背风侧的超车带上容易积沙，积沙呈条带状分布，积沙厚度与沙通量预测值较为一致， 混凝土护栏积沙主要发生在护栏的前面，护栏前方为风沙沉降首发区，且沉降体积会不断增加，护栏背风侧也会形成少量积沙体，积沙量远少于护栏迎风侧底部。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15477]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王翠. 巴楚—莎车高速公路路面风沙危害形成机制及防治对策研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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