戈壁风沙流结构特性及其意义

通过砾质戈壁风沙流野外实测数据的分析以及风洞模拟实验研究发现：戈壁风沙流结构具有与沙漠风沙流完全不同的风沙流特征,戈壁风沙地表的粗糙度随风速的增大而增加,其表面风沙流输沙量高度分布表现出独特的“象鼻”效应,在一定高度处呈现最大值,并随风速的增加而增高。该“象鼻”效应导致戈壁风沙流结构特征值A远大于1,不论风速多大,风沙流都处于未饱和状态的非堆积搬运状态。这种特殊性质比较清楚地解释了敦煌莫高窟千年来不被沙山埋没的谜底。并且在风沙防治工程实践中,采用砾石压沙措施,构造类似与砾质戈壁的下垫面,人工促使风沙流结构呈现“象鼻”形状,可使防沙工程达到理想的输导作用。     

风沙流中沙粒浓度分布的实验研究

利用粒子图像测速技术（PIV）,在风洞内对与天然沙接近的石英沙风沙流沙颗粒浓度沿高度分布进行了研究。对 3种不同轴线风速研究结果表明,风沙流中沙粒浓度沿水平方向基本不变,而随高度呈指数衰减,而且其衰减速率与风速密切相关。风速越大,衰减速率越慢;风速越小,衰减速率越快。风沙运动一旦发生时,靠近沙床表面的沙粒浓度随风速变化很小,可以认为趋于稳定,达到最大值。     

风沙环境下沙漠路基风蚀破坏数值模拟研究

基于Fluent气固两相流,运用 湍流模型,对风沙环境下沙漠路基的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析路基不同横断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基障碍物的存在对风沙流扰动后造成的风速减弱区和恢复区,总结路基坡面特征点的风速变化规律,与现场实测结果作比较,二者具有很好的一致性。研究结果表明,不同路基横断面下风速减弱区和恢复区的分布对路基高度变化敏感,受边坡坡率的影响较小,不同路基高度、不同边坡坡率下路基沿程风速变化明显不同。边坡坡率一定,随路基高度的增加,路基周围流场扰动被增强,迎风坡坡顶风速增大显著,背风坡坡底风速下降愈明显;路基高度一定时,边坡坡率越小,路基沿程风速变化越平缓。当边坡坡率为1:3时,路基模型高度由1m增加到3 m时,迎风坡坡顶风速增加12%,背风坡坡底风速降低约80%。建议为避免沙漠路基的风蚀破坏,路基高度不宜太大,边坡坡率较小为宜。     

沙漠公路风沙土路基风蚀破坏试验研究

以沙漠公路风沙土路基为研究对象,通过室内风蚀风洞试验研究路基的风蚀破坏规律,以及路基不同断面对风沙流运动的影响。以路基高度、路基边坡坡率和路基宽度作为路基断面主要设计参数,研究不同路基断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基周围风速流场的变化特征,分析路基病害较未病害时路基周围流场的变化。试验结果表明：路基高度和边坡坡率对风沙流运动的影响较大。随路基高度增加,路基对风沙流流场扰动增强,迎风坡坡顶处吹蚀破坏和背风坡坡底处堆蚀破坏越显著,在确定的路基边坡坡率下,路基模型高度为250 mm较模型高度为60 mm时,迎风坡坡顶风速增加1.13倍,背风坡坡底风速减小2.53倍,建议沙漠公路路基高度宜小于2.5 m。进一步,在确定的路基高度下,比较不同的边坡坡率对路基沿程风速的影响,发现当路基边坡坡率为1:1.75时,路基沿程风速变化不明显,沙漠公路风沙土路基不宜被风蚀破坏。     

风沙物理学的发展与展望

介绍了风沙物理学研究在土壤风蚀、沙粒跃移和风沙流结构等方面取得的一些进展。展望了风沙物理学在地表风蚀、沙物质的风力搬运和沉积、风成地貌理论和相似理论、风沙工程理论与应用等研究领域的发展前景。针对我国的实际情况,提出了加强风沙物理学研究的建议。     

砾漠地段铁路沙害成因及防治

兰新铁路西段为我国砾漠地区铁路风沙害最为严重的地段，虽地表无明显积沙，但风沙对铁路行车安全及线路维护依然造成很大危害。通过对典型地段铁路风沙害的分布、地质地貌条件、风沙状况、砂粒来源、危害调查和现场试验分析，确认沙源来自于当地，暴雨形成洪水携带的细颗粒物质成为沙源的重要补充。依据试验资料，文中对戈壁风沙流中砂 粒的空间分布特征做了较为详细的阐述，总结出了当地输沙率经验公式，可对风沙的防护提供定性定量的依据。当地工务部门多年来采取了工程防护措施，经对防护效果进行量测分析、比较后，对其发挥的效能做出了结论，认为多年采用的轨枕栅栏形式结构、网络结构、本体保护，可作为防治戈壁砾漠地段铁路沙害的主要措施手段。经过现场试验、分析，总结出防治戈壁风沙流的综合结构，有效地扼制了风沙危害，确保了运输安全。     

南疆铁路沿线风沙危害与工程防治

文章通过对南疆铁路沿线的概况、地质地貌、植被分布及气象状况,特别是风信状况的调查,阐明了沿线的自然状况。20世纪90年代,研究工作者在沿线风沙活动最为剧烈的巴楚地区设置定位观测站,对典型的活动沙丘特征进行观测,获得了沙丘移动的定量数据。同时在各种类型典型戈壁地段,设置积沙仪,在不同的风速情况下收集动态流沙,总结出当地的输沙率公式,为风沙防护提供了直接的设计依据。通过对各种工程防治措施的调查研究、特别是新材料试验,归纳出各种工程防沙结构的功能效果,提出适宜当地条件的新工程防沙结构模式。     

风沙流对植物生长影响的研究

在中国乃至全球，风沙活动都十分频繁，它直接影响着风沙地区植物资源的可持续利用与发展，因此，研究风沙流对植物生长的影响十分必要。以往，相关的研究主要是围绕沙漠逆境的综合条件（如降水、温度、湿度、土壤水分、养分等综合因子）进行的，研究内容涉及植物的生理、生化、物质代谢以及生态适应性等。但国内外就风沙流单因子对植物生理生化影响的研究还没有深入展开，为此，作者利用野外风洞条件，就不同风况下的风沙胁迫对某些植物生长特征的影响进行了实验研究；结果表明：风沙流胁迫可使植物的净光合速率（Pn）、气孔导度（Cs）、叶温（Tl）、叶片水势（Wp）降低，使蒸腾速率（Tr）升高；且风速越大，吹风间隔越短，这些参数变幅越大；风沙流比净风的影响更大。风沙流能降低试验植物的水分利用率，进而增加植物的干燥作用；同时可使脯氨酸含量增加。由于风沙流运动和植物的复杂多样性，因此这个研究领域还有许多问题需要探索。     

高海拔冻土区通风管路基管内风速及影响因素研究

在多年冻土地区,路基工程的修筑将对下伏多年冻土的热力稳定性产生显著的影响。为保护多年冻土,保证路基的长期稳定性,通风管作为一种对流换热类主动冷却降温措施被广泛应用。通风管内的对流换热强度与管内风速密切相关,针对这一问题,采用现场监测与数值模拟相结合的方式开展了通风管内风速特征及影响因素的研究。结果表明：随通风管管径的增加,管内风速呈抛物线型增加,当管径达到0.6 m后,管内风速增加不再明显;通风管外伸长度对管内风速的影响较小,但随环境风速的增加这一影响逐渐加强;管内风速随通风管的埋设高度的增加呈线性增加,当通风管的埋设高度达到2 m后,管内风速受路基高度的影响较小;此外,在两幅路基并行条件下,受上风向路基的遮挡作用,下风向路基管内风速明显降低,以两幅路基管内风速差值不超过0.4 m·s^-1为标准,路基高度为3 m时两幅路基最小间距为50 m。     

沙漠公路风蚀破坏规律的数值模拟研究

通过Fluent软件对沙漠公路的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析公路不同横断面时风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,确定路基(堑)高度、边坡坡率和路面宽度等公路断面设计参数对风沙流扰动的影响,提出沙漠公路路基(堑)风蚀破坏规律。结果表明：路面宽度的改变对路基沿程风速变化影响较小,各特征点处风速变化小于5%。路基(堑)高度和边坡坡率对风沙流扰动的影响较大。随路基(堑)高度增加,风沙流流场的扰动被增强,路基(堑)风蚀破坏越显著,当边坡坡率为1:1时,路基模型高度250 mm时的迎风路肩风速为模型高度60 mm时的 1.15倍,其背风坡脚风速降低45%;路堑模型高度250 mm时的背风堑顶风速为模型高度60 mm时的1.05倍,迎风堑脚处风速降低高达80%。建议沙漠公路宜采用中低路基(堑),不宜高填深挖。当路基(堑)高度一定,边坡坡率为1:1.75或1:2时,路基(堑)沿程风速变化平缓,沙漠路肩不易被吹蚀破坏;路堑中堑脚位置处不易出现堆积。其结论与室内风蚀风洞试验结果有很好的一致性     

高海拔冻土地区公路路基风流场特征研究

风流场对于局地条件下地-气能量交换过程与强度影响显著,同时也是多年冻土区对流调控类冷却路基的关键环境边界。结合现场监测与数值模拟,对高海拔冻土路基周边风流场进行特征区划研究并考察路基高度的影响。结果表明：坡前扰动区为低风速区,3 m路基高度条件下迎风坡坡脚0.5~2.0 m高度范围内风速约为环境风速的30%。路基上部为高风速区,迎风坡路肩风速明显大于环境、路面中部及背风坡风速。背风坡坡后扰动区为低风速区,靠近坡脚区域受气流辐散效应作用形成涡旋区,整体风速仅为环境风速的30%。涡旋区水平范围随路基高度增加呈线性增加,3 m路基高度条件下涡旋区水平范围约为12 m。分离式路基即两幅路基并行条件下,受前幅路基影响后幅路基坡前风速下降明显,以两幅路基坡前风速差值不超过环境风速的10%（0.35 m·s^-1）为标准,3 m路基高度条件下两幅路基最小间距为60 m。因此,在路基工程的修建过程中为减少路基间的遮挡所造成的两幅路基间的对流换热强度差异,分离式对流换热类冷却路基的现场修建间距应不低于60 m。     

兰新铁路百里风区挡沙墙防沙效益研究

基于兰新铁路百里风区十三间房车站附近K1476＋875～K1477＋000沿线的集沙量观测系统,对2009年试验期间该处挡沙墙防沙功能的观测进行分析．结果表明：该地区大风以9、10级为主,集沙量与微地形关系密切,集沙量沿高度方向呈指数递减;地面构筑物的存在改变了风沙流场,挡沙墙上方的积沙量随挡沙墙高度增加而减小,增加挡...     

中国铁路风沙防治的研究进展

基于中国沙区铁路的发展历程,系统分析了铁路沙害类型、特点以及风沙防治方案、措施和技术体系。针对我国沙区地域特征和铁路沙害类型,作为个例分类剖析了途径流沙地表、高寒环境与戈壁大风区铁路风沙危害与防治技术取得的成效和面临的问题。结合目前我国沙区铁路的发展趋势,从理论研究和工程防沙实践出发,提出复杂地形、特殊环境铁路沙害是今后风沙工程学领域的重点和理论研究趋势,也是沙区铁路沙害防治的关键和难点。     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

风沙动力与风沙工程学——国外发展趋势与研究对策

风沙动力与风沙工程学当前研究的热点－主要反映在加深对风沙现象的理解、风沙灾害防治与资源开发三个方面出发，提出了我国在风沙运动力学、土壤风蚀、土地沙漠化的动力机制与过程、风沙地形成发育规律、风沙沉积学特征及其形成机制、沙尘暴形成机制以及风沙灾害防护工程技术原理等六个方面的研究建议。     

青藏高原公路路基周边风场特征风洞实验研究

路基高度是影响冻土路基工程热力稳定性的一个重要指标。同时,不同高度的路基对其周边风场的扰动也将不同,进而影响到局地的地-气能量交换过程。为揭示不同高度路基对其周边风场特征的影响规律及程度,基于风洞实验,研究了3种环境风速条件下青藏高原典型高度公路路基周边风场分布特征,并进行了量化分区。结果表明：路基坡前为流场减速区,不同高度情况下路基坡前减速区水平范围差异显著。10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高路基坡前减速区水平范围约为1.8、2.2和2.5倍路基高度（H）。在路基坡前减速区0.3~1.1 m高度范围内,随环境风速增加,同一水平高度流场在靠近路基过程中风速的变化率呈下降趋势。路基上部为流场加速区,路肩处风速增长幅度与路基高度呈正相关。路基坡后为低速回流区,路基高度越大,低速回流区水平范围越大,10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高度路基坡后低速回流区水平范围分别约为2.0H、3.0H和4.1H。低速回流区后,流场逐渐恢复到初始运动状态,其消散恢复区水平范围与环境风速密切相关,但与路基高度关系不显著,10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高度路基坡后消散恢复区水平范围均约为9.8H。通过考虑路基高度对其周边风场分布的影响,可为块石、通风管、热管等冻土路基结构的设计和布局优化提供参考。     

风沙动力与风沙工程学─—国外发展趋势和我们的任务

风沙动力与风沙工程学当前研究的热点─—主要反映在加深对风沙现象的理解、风沙灾害防治与资源开发三个方面出发，提出了我国在风沙运动力学、土壤风蚀、土地沙漠化的动力机制与过程、风沙地貌形成发育规律、风沙沉积学特征及其形成机制、沙尘暴形成机制以及风沙灾害防护工程技术原理等六个方面的研究建议。     

中国城镇防沙研究——兼评《城镇防沙理论与工程》

20世纪50年代以来,中国长期坚持开展区域性和针对重大工程设施的风沙灾害研究工作和治理工程,并取得了一系列成果。这些区域风沙灾害防治工程尽管没有明确针对城镇,但客观上对城镇防沙起到了良好效果,已取得的防沙理论和研究成果为城镇防沙研究奠定了良好的理论基础。随着中国干旱地区的城镇化水平提高,以及因城镇风沙灾害而日益凸显的区域经济社会可持续发展和生态安全需求,在"十·五"后期和"十一·五"期间,国家科技支撑计划正式立项开展与城镇防沙有关的科研和实践,对推动城镇防沙理论与技术的深入研究发挥了重要作用,并取得了一些针对性成果。     

河西走廊地区路基阴阳坡效应及合理高度分析

河西走廊是丝绸之路的咽喉,区域内季节冻土路基的稳定性对亚欧大陆运输通道有重要影响。以张掖地区季节冻土路基为例,基于传热学及弹塑性变形理论探讨了路基在阴阳坡效应下的地温和变形分布;通过比较路基最大冻结深度到地下水位的距离与毛细水最大上升高度,得到河西走廊地区路基合理高度的确定方法及拟合公式,来表示其与地下水位以及年平均气温的相互关系。结果表明：张掖地区路基阴阳坡效应明显,阴坡冻结时间比阳坡长2个月;1月阴阳坡的温差最大,达到3℃;2月,路基的竖向最大位移达到26 mm,横向位移差达到6 mm;路基合理高度随年平均气温的升高而逐渐降低,随地下水位的增加而逐渐变大,其随年平均气温的变化幅度小于地下水。该研究可定性分析路基合理高度与年平均气温、地下水位的关系,为河西走廊地区定量计算路基高度提供理论参考。     

古尔班通古特沙漠工程地质问题--以输水工程为例

沙漠的工程地质问题随工程类型的不同而不同。本文以输水工程为例,概要地论述了沙漠工程地质问题。风沙危害是沙漠中带有普遍性的问题,频繁而强劲的风力和地表充足的砂粒为风沙危害提供了条件;砂土湿陷性主要与其密度大小有关,当砂的干密度达到1 64g cm3时,湿陷性系数均小于0 015,即可消除湿陷性;渗透变形的形式为流土,破坏临界比降为0 9～1 73,属抗渗能力低的细粒砂土;天然沙漠砂为不冻胀砂,当含水量≤18%时为不冻胀—弱冻胀砂,饱和时为冻胀砂;挖方形成的高边坡在风蚀作用下使坡面增长,裸砂面积加大,加剧对渠道的淤积。