种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究资料下载.pdf

种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究资料下载.pdf

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关键词:

风洞实验;

土工格室沙障;

石方格沙障;

植被沙障;

防风固沙;

防护效率中图分类号:

X144文献标识码:

A文章编号:

100922242（2008）0620007206WindTunnelTestStudyonEffectContrastofWind2breakingandSand2fixingofThreeSand2barriersZHONGWei1,LIUYong2jiang2,YANGTao1（1.SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu,Sichuan610031;

2.ChongqingCommunicationsResearch&

DesignInstitute,Chongqing400067）Abstract:

Bywindtunneltest,thesandpreventingmechanismofgeo2gridcellsand2barrier,stone2checkersand2barrierandvegetationsand2barrierarestudied.Thewindvelocityprofile,windvelocityflowfieldandstructuralfeaturesofwindsandflowsareanalyzed.Thesandpreventingeffectsofthreedifferentsand2barri2ersarecompared.Theresultsshowedthatthevegetationhasprominenteffectonwindprevention,andtheaffectionenhancedgraduallywiththeincreaseofthecoverage.Meanwhile,thechangeofwindspeedalsore2latedtotheluxuriancedegreeofplants.Buttostone2checkersand2barrier,becausestoneblockcomposingstone2checkerisirregular,theexperimentalresulthadcertaindifferencesonthegeneralregularity.Generallyspeaking,theprotectioneffectofvegetationisfarsuperiortogeocellandstone2checker.Tothelowwindspeed,thegeocellandstone2checkeriseffective,buttothehighwindspeed,thevegetationismuchsuitable.Forstone2checkerandgeocell,theprotectiveefficiencyofstone2checkerisslightlybetterthangeocell.Keywords:

windtunneltest;

geo2gridcellsand2barrier;

stone2checkersand2barrier;

vegetationsand2barrier;

wind2breakingandsand2fixing;

protectiveefficiency目前,公路防沙的主要措施根据其作用方式的不同,大体上可以分为3大类:

机械措施、化学措施和植物措施1。

机械措施中使用最普遍的是草方格沙障,在包兰铁路沙坡头铁路防沙体系和塔克拉玛干沙漠公路防沙体系就是采用草方格沙障作为主要固沙措施。

结合具体工程,国内学者226对草方格沙障的固沙原理和效益进行了许多研究。

化学固沙是治沙措施的另一大类,随着塔里木石油天然气的开发、公路的修建,在塔里木公路沿线开发使用多种固化材料对沙丘进行了固定实验7。

胡英娣8使用乳化沥青、改性乳化沥青、聚乙烯醇和聚脂酸乙烯乳液,采用全封闭、草方格和植物固沙结合的方式进行了固沙实验,取得了很好的效果。

众多国内外学者对植被沙障固沙机理都做过研究。

Fryear等9212通过实验后得出了风蚀率随植被盖度增加呈指数减小的规律。

董治宝等13用植物模型和风沙土在风尚中进行了植被的抗风蚀实验,发现植被的盖度和排列方式均对粗糙度有较大影响。

凌裕泉等14研究了稀疏天然植被对输水量的影响,确定了输水率与有效起沙风呈正比关系。

3收稿日期:

2008208221基金项目:

西藏自治区交通厅科技项目（2005-0016）作者简介:

钟卫（1980-）,男,博士研究生,研究方向为岩土工程。

E2mail:

zw040110201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/西藏山南地区江北公路位于雅鲁藏布江中游扎囊县和贡嘎县境内,公路沿线42.183km存在沙害问题,这些松散风沙在风力作用下,极易产生飞扬、迁移,沙土的迁移将对公路形成沙埋,严重影响交通,甚至中断交通。

飞扬在空气中的沙土,将严重影响空气质量,阻挡行人和驾驶员的视线,导致交通安全事故。

沙土沉积在公路路面上,还会大大减小路面的摩擦力,增加交通事故的发生。

迁移的沙土还会对植被造成影响,破坏生态环境。

结合西藏山南地区江北公路沙区,通过风洞实验,研究了土工格室、石方格和不同盖度植被沙障的防风固沙效益,对比了其防沙效果,为该区的公路防沙措施提供相应的设计指导。

1实验设备概况1.1实验风洞参数风洞实验是在西南交通大学XNJD-2型风洞中进行的。

该风洞是一座直流吹气式低速风洞,风洞洞体长15m,由吹气段、稳流段、扩散段、实验段和收缩段五部分组成,实验段长7m,实验段截面为1.3m1.5m,风向平直,风速由020m/s连续可调。

1.2数据量测及采集为量测风速流场,在风洞实验段中部2.4m范围内,沿洞体轴线水平间距为0.5,0.6,0.6,0.6m布置5根风压力测管,其中后4根测管测试实验段沙盘上部风速,前1根测试沙源段沙盘上部风速。

为减小相邻测管对风速流场的干扰,相邻测管在垂直风洞轴线方向按间距为20cm交错布置。

在每根测管距沙面分别为2,5,9,15,23,39,71,103cm8个高度布置风速测点,测量其风压力,测点布置立面示意图如图1所示。

图1测点布置示意图风压测试采用适时控制,由电脑自动采集的方法,实验中风压采集时长为30s,在此时长内每一测点各采集11753次数据,最终用于分析的风压是30s时段内所采集数据的平均值。

不同实验风速下采集的次数不同,取决于吹刮时间。

实验风速为6m/s时,吹刮时长为10min,分别在3min,6min,9min时采集数据;

风速为8m/s时,吹刮时长为5min,分别在第2min、第4min时采集数据;

风速为11m/s时,吹刮时长为3min,在该时间段内无间隔连续采集3次数据。

风压力数据采集完成后,利用数据采集专用的A/D卡通过计算机将风压力的电信号转换成数字信号,再考虑修正系数,通过功能强大的数据处理软件Matlab编写程序将各点的风压力值换算为风速,再利用surfer8.0软件画出风速流场图。

在实验沙盘后端布置“阶梯式积沙仪”,该积沙仪由中科院寒区旱区环境与工程研究所研制,积沙仪可分层收集各层的输沙率,积沙仪入口规格为高2.0cm、宽2.0cm,积沙效率约为96%。

2实验材料

（1）实验采用原型沙,采自西藏山南地区江北公路SK61+500工程场区的原沙。

（2）根据实验条件和实验要求,确定流沙实验段沙盘的几何尺寸为2.0m1.0m,置于风洞实验段的中部,实验沙盘前端距实验段起始点距离为3.5m。

实验沙盘置于自制小车上面,可以在实验过程中沿风洞轴向方便的移动。

（3）在实验沙盘的前端,布置几何尺寸为2.0m1.0m的沙源沙盘,位置固定,沙源沙盘前端距实验段起始点距离为1.5m。

沙源流沙厚度大于5cm,在实验任何工况开始前,补充沙源,保证实验吹刮过程中有充足的沙源。

（4）土工格室及石方格准备。

实验选用原型土工格室,格室高度为7cm,格室规格为20cm20cm,片材厚度1.0mm。

石方格也采用符合现场几何尺寸的块石,高度为1015cm不等。

（5）植被准备。

根据计算,拟在工程中采用由不同高度构成的草灌结合的植被,可与高度为30cm的植株构成的植被等效,实验中采用高度为30cm的“模型树”来模拟植株,由植株按照一定的方式排列构成不同盖度的植被。

植株由不同数量的塑料枝条编制而成,根据盖度要求确定枝条数量。

盖度确定时,预先按枝条数量为210编制植株,对每一枝条数量的植株进行盖度测定。

测定盖度时,对植株进行竖向投影,并将比例尺置于最大树冠的同一高度,然后测量其投影面积,结合植株的排列方式（实验中采用纵横间距均为10cm的方阵排列,和纵横间距为20cm的梅花形排列）确定不同枝条构成的植株的相应盖度。

8水土保持学报第22卷1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/3实验方案设计3.1实验内容在6m/s,8m/s和11m/s3种不同风速下,分别测定了土工格室、石方格和不同盖度植被沙障沙面变化、流场分布特征、风沙流结构特征及防沙效果,其中植被盖度分别取:

10%,15%,20%,30%,40%,60%进行实验。

3.2实验工况实验进行之前,根据现有理论以及现场实验结果对无措施工况下的输沙率进行了预估,并考虑到积沙仪容量来确定各种风速下的吹刮时长,即在任何风速吹刮下,不应致使积沙仪装满。

由此确定风速小于6m/s时,吹刮为10min,风速为8m/s时,吹刮时长为5min,风速为11m/s时,吹刮时长为3min。

为了便于对比,有防护工况的不同风速,仍采用与无措施工况相应的吹刮时间。

根据实验内容,实验中共设计了4种条件,5级风速共24次实验工况。

（1）土工格室积沙及固沙效应测定,风速分别为6m/s,8m/s和11m/s,共进行3次实验;

（2）石方格积沙及固沙效应测定,风速分别为6m/s,8m/s和11m/s,共进行3次实验;

（3）不同盖度的灌草型植被防风作用及固沙效应的测定,共测定了6种盖度,每种盖度分别进行3次实验,3次实验风速分别为6m/s,8m/s