挟雨风对高速列车气动特性及运行稳定性影响的数值模拟

基于欧拉双流体模型,运用商用CFD软件FLUENT,对挟雨风条件下高速列车的气动特性和运行稳定性进行了三维模拟研究。分析了不同横摆角和暴雨强度下气动力和倾覆力矩的变化特征,并与无降雨条件下的相应结果进行比较。结果表明：受降雨影响,列车受到的阻力、侧向力和倾覆力矩均增大,列车气动性能损耗增加,运行稳定性降低。在模拟的降雨强度和横摆角条件下,阻力系数将提高1.8%~38.6%,侧向力系数提高0.1%~9.16%,导致列车的能耗增加;倾覆力矩系数提高1.8%~10.0%,意味着与净侧风相比,挟雨风进一步降低了列车的运行稳定性。     

铁路挡风墙挡风效果和积沙情况分析

对我国"百里风区"铁路沿线的已有挡风墙在受强侧风作用时避免行进列车倾覆方面的有效性以及挡风墙沿线所存在的积沙问题进行了定量分析,在此基础上,给出了列车车速和挡风墙高度对导致运行列车的某一节车厢倾覆的临界倾覆风速影响的规律以及对沙粒沉积的影响.结果表明.列车运行速度和挡风墙高度对车厢的临界倾覆风速有明显影响,目前在"百里...     

兰新高铁大风区风况特征及防风工程设计分区

兰新高铁是世界上穿越最长风区、防风工程规模最大的铁路。大风严重威胁高铁的运营安全,查明兰新高铁沿线大风分布特征及危害特性极为重要和迫切。利用气候分析、天气诊断及实测校验等方法,结合兰新高铁沿线大风观测资料,找出了微地貌、特定气候导致的局部特大风速区段,确定了沿线大风风速、风向在平面、剖面方向的时空变化规律。基于地形、风力、大风频率及危害程度,将兰新高铁线路划分为五大风区的防风工程设计分区,即：大风极少区、大风低发区、大风一般区、大风易发区和大风频繁区。大风区线路应以降高度、小夹角、大半径为主要选线原则。防风工程的设计,应以大风工程分区为基础,评估不同工程风区环境下的列车安全特性,建立以大风工程分区匹配为主导,适合不同风区,结合设置条件的系统工程对策。     

高速公路透风型挡风墙不同位置防风特性的数值模拟研究

应用FLUENT软件对侧风影响下高速公路汽车运行时的气动特性进行了三维稳态数值模拟,研究了透风型挡风墙在不同位置时汽车气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数随横摆角变化的特征,并与不设挡风墙的流场特征进行了对比。结果表明,修筑透风型挡风墙能够有效地减弱侧风对小轿车的作用力;同一侧风状态下,透风型挡风墙的不同修筑位置对应不同的汽车的气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数。汽车运行速度为120 km·h-1,横摆角为31.0°或36.9°时（侧风风速为20 m·s-1和25 m·s-1）,透风型挡风墙最佳的修筑位置为距离路肩2.1 m,此时的倾覆力矩系数最小;当横摆角为42.0°或46.4°时（侧风风速为30 m·s-1和35 m·s-1）,透风型挡风墙的最佳修筑位置为距离路肩2.4 m。     

湍流度随高度的变化及其对城市宏观地形的依赖

分别构建广州主建成区垂直比例尺为1﹕2 000、1﹕1 000和1﹕500的3个建筑物模型,利用大型边界层风洞,在西北和东南两风向下,基于中性流模拟分析了复杂城市地形下湍流度随高度的变化及其对宏观地形的依赖。结果表明：风廓线指数α与不同高度的湍流度之间的关系密切,利用现有模型,根据4类粗糙度边界层和不同垂直比例尺,可确定相应的湍流度随高度变化模型的主要系数,预测精度高。城市地形下最大湍流度面发育在0~0.2 h之间狭窄的范围内。用湍流度形态指数β来表征湍流度随高度的变化,无论城市屋脊还是平坦地形,随着风程区的延伸,廓线的指数α升高,湍流度形态指数β降低。表明同一高度湍流度值具有由迎风区、丘顶区向背风区增高,沿风程逐渐增大的规律,对地形部位和风程的依赖性强,与来流翻越简单地形时的特征一致。     

颠覆列车强风数值模式参数敏感性对比分析

新疆的三十里风区是著名的风口,兰新线和南疆铁路线横穿此地,时有列车被强风颠覆,对铁路运输影响很大,急需大风精细预报。数值模式中有许多参数,如何确定改进预报最显著的参数是个问题。采用MM5V3模式做模拟实验,设计3重嵌套,最小格距3km,用30″数字高程数据生成模式地形。分析表明,3km格距模式分辨率对地形有较为精确的表达。无论东西剖面还是南北剖面,3km所预报的风场更为详细,风速预报更准确;不仅可以预报出强的下坡风,亦可以预报出地形波列。对强风预报而言,模式水平分辨率是一个敏感因子。     

GAM模型在蝗虫地理格局分布研究中的应用——以黑河上游3种天然草地蝗虫为例

将基于样本调查数据的群落-地形因子回归分析与地理信息系统支持下的昆虫属性空间格局预测结合,是昆虫-地形关系定量研究的新途径。通用可加性模型(GAM)的非参数属性使之具有对不同数据类型的广泛适应性,成为这种"回归分析+空间预测"途经的有效手段。不同程度上依赖于数字高程模型的环境空间数据集是实现空间预测的必要条件。我们利用广义可加模型方法,定量分析了3种不同生态种蝗虫与地形因素的相关关系。结果表明:(1)3种不同生态种的蝗虫具有不同的模型结构、模拟效果以及结果的稳定性,反映了所受地形因子影响的差异。(2)蝗虫的广布种与地形因子关系最弱,局部地形的变化仅对其密度变化有影响;常见种受地形因子的影响明显高于广布种,同时受大尺度的海拔与微地形的剖面曲率影响;稀有种分布格局对地形条件的选择性最强,同时受限于海拔、坡度和坡向。(3)模拟结果对常见种以及稀有种的模拟全部有效;对广布种的预测基本失败。(4)模型预测变量的有效性和全面性决定了模型对数据的解释能力,非线性关系体现了蝗虫密度-地形指标的不确定性,除模型解释的变化外,其他生物因子、非生物因子以及随机因素也影响模型的可靠性。     

GAM模型在蝗虫地理格局分布研究中的应用——以黑河上游3种天然草地蝗虫为例

将基于样本调查数据的群落—地形因子回归分析与地理信息系统支持下的昆虫属性空间格局预测结合,是昆虫-地形关系定量研究的新途径.通用可加性模型(GAM)的非参数属性使之具有对不同数据类型的广泛适应性,成为这种“回归分析+空间预测”途经的有效手段.不同程度上依赖于数字高程模型的环境空间数据集是实现空间预测的必要条件.我们利用广义可加模型方法,定量分析了3种不同生态种蝗虫与地形因素的相关关系.结果表明:(1)3种不同生态种的蝗虫具有不同的模型结构、模拟效果以及结果的稳定性,反映了所受地形因子影响的差异.(2)蝗虫的广布种与地形因子关系最弱,局部地形的变化仅对其密度变化有影响;常见种受地形因子的影响明显高于广布种,同时受大尺度的海拔与微地形的剖面曲率影响;稀有种分布格局对地形条件的选择性最强,同时受限于海拔、坡度和坡向.(3)模拟结果对常见种以及稀有种的模拟全部有效;对广布种的预测基本失败.(4)模型预测变量的有效性和全面性决定了模型对数据的解释能力,非线性关系体现了蝗虫密度-地形指标的不确定性,除模型解释的变化外,其他生物因子、非生物因子以及随机因素也影响模型的可靠性.     

地质灾害发生时间和空间的预测预报

运用非线性科学的理论和方法,提出了一整套地质灾害预测预报的理论和方法,包括探索地质灾害发生前兆的加卸载响应比方法、地质灾害发生时间预测的协同学模型以及地质灾害区域预测评价的神经网络方法,并建立了基于GIS的地质灾害区域评价系统。同时,通过对向家坝水电站库区的崩滑地质灾害的统计分析,提出了地质灾害发生规模与发生频率间的幂律规则。     

脉动风场下跃移沙粒对风的响应时间

风沙流是大气边界层的典型气固两相流,输沙率对风速的响应滞后时间,被称为风沙流响应时间。通过野外测量发现风沙流响应时间与风速测量高度成正比,通过对瞬时风速进行信号分解并计算近地表输沙率与不同时间尺度风速信号之间的相关性,发现响应时间随风速频率的减小而增加。为进一步得到定量的规律,采用数值模拟的方法分析了周期来流风场中,风沙流响应时间随各种参数(周期\,湍流强度\,来流摩阻风速和测量高度等)的变化规律。模拟结果显示:响应时间与风速变化周期、来流摩阻风速成正比,与湍流强度和边界层高度成反比,输沙强度对跃移层外风速变化的响应时间沿高度先增加后减小。     

“被高铁”现象的理性分析——以京沪高铁为例

近年来,中国高铁步入快速建设期,而高铁建设的重要目的之一就是客货分流。高铁客运专线的建设大大地提升了客运能力,从而可以释放既有线路的运输能力于货物运输。但是高铁客运的票价也高于既有线路,同时由于普通列车车次的减少,使得居民出行可能要被迫选择票价更高的高铁,这种现象称作“被高铁”。本文对媒体关注的“被高铁”现象进行了理性分析,以京沪高铁沿线城市为例,根据2015年1月1日列车时刻表数据计算出的时间节省的货币成本与小时工资(时间价值)作比较,并结合高铁车次比重,计算了不同城市的居民“被高铁”的可能性。研究发现：①很多“城市对”之间都存在时间节省的货币成本高于小时工资的情况,“被高铁”现象较为普遍;②“被高铁”的可能性在50%左右;③各城市“被高铁”的程度有较大差异,京沪高铁沿线城市的“被高铁程度”整体呈现出“两头低,中段高,长三角相对较低”的特征。研究认为,虽然从目前来看,京沪高铁沿线城市的普通列车班次减少不明显,但如果进行较大幅度调整,很多低收入旅客出行时可能会被迫选择高铁,并将带来负面的社会影响。本文的理性分析可为列车班次的调整方案提供参考。     

青藏铁路察尔汗盐湖段风沙活动特征

研究青藏铁路沿线的风沙活动特征,可以为认识高原铁路风沙危害的形成机理、建立完善有效的护路防沙体系提供参考。在实地考察风沙地貌的基础上,架设测风塔获取风况信息,采集了沙丘表层沉积物样品,对铁路沿线察尔汗盐湖段的风动力条件、沙丘沉积物粒度特征和沙丘形态特征进行了分析。结果表明：（1）研究区域年平均风速为3.7 m·s^-1,风速最大值出现在春季。起沙风以WNW方向为主,属于中风能环境,低风向变率,宽单峰型风况。合成输沙方向（298.14°）与铁路走向（208.86°）垂直相交。稳定的西北风、风沙流与铁路线路走向垂直的风况特征是青藏铁路沙害形成的动力条件。（2）沉积物以中沙、细沙为主,但细沙组分占优;分选性较好,粒径分布表现出与铁路线越近、颗粒越粗的规律。粒径0.063~0.04 mm的沙粒为青藏铁路风沙危害提供了物质条件。（3）铁路线两侧沙丘分布特征及变化指示该路段风沙活动强烈,现有防沙体系退化严重,风沙危害日益突出。     

高铁影响下成渝城市群旅游流网络的变化特征

运用社会网络分析法和GIS空间分析法,对高铁影响下成渝城市群旅游流网络的变化进行深入分析。结果表明：高铁影响下成渝城市群旅游流空间联系日益增强,“H”字型空间发展骨架凸显。高铁的开通加强了重庆主城和成都之间的旅游流互动,行政壁垒现象明显;成渝城市群旅游流在空间上呈现出以重庆主城、成都为核心的“轴-辐”空间组织模式,高铁进一步强化了两大核心的空间辐射能力;成渝城市群旅游流空间存在较为明显的层次性,高铁沿线地区旅游流联系更为密切,高铁增强了高铁沿线与非沿线地区之间的旅游流联系;高铁影响下成渝城市群旅游流空间差异呈扩大态势,高铁沿线旅游资源禀赋较好地区在旅游流网络中的重要性不断提升。     

敦煌-格尔木铁路沿线风动力环境特征

敦煌-格尔木铁路沿线地形复杂、起沙因素多变、沙源丰富,沙害问题日益严重。目前对其风沙活动规律还未有研究,不利于防沙工作的开展。为此,通过对自北向南的5个观测点（S1、S2、S3、S4、S5）风速和风向的观测、计算和分析,利用平均风速、起沙风况及输沙势对敦格铁路沿线的风动力环境特征进行研究。结果表明：S5、S4和S3的风况对铁路风沙灾害防治意义较大。S5年平均风速、起沙风频率和输沙势最大,春季风沙活动最为强烈,且风向单一、风力强劲,风沙运动方向基本与铁路垂直,沙粒易在铁路附近堆积。S4夏季风沙活动最为强烈;S3春季风沙活动最为强烈,且风向单一,S4和S3的风沙运动方向与铁路夹角小于90°,附近沙源广阔,铁路易受风沙侵蚀,阻碍交通运营。     

新亚欧大陆桥新疆段环境地质灾害研究

新亚欧大陆桥新疆段是我国西部重要生命线工程 ,横跨四大不同地貌单元 ,孕育了由暴雨山洪形成的水害、大风、沙害等为主要类型的环境地质灾害。重大水害事件形成于 2 5mm/h或≥ 30mm/d雨强过程中 ,集中出现在 7月份 ;大风刮翻列车的临界风速为 35m/s～ 6 7m/s之间 ,发生在山体豁口及呈“箱”型谷地的风口区 ;风沙流含沙量随高度遵循指数函数关系分布 ,在风向与线路夹角 >45°时 ,线路积沙厚度迅速增加。对各工务段辖属区段易损性分析表明 ,区段灾害活动强度依次为 :乌鲁木齐 >石河子 >奎屯 >柳园 >鄯善 >哈密。未来水害频次和强度将日趋增大 ,沙害范围及影响程度将日益加重。     

基于城市群尺度的高铁列车与长途汽车网络结构比较

基于城市群尺度,以高铁列车和长途汽车作为2种交通方式代表,结合网络分析方法对比2种方式的联系格局和结构属性等。研究发现：① 高铁列车在城市群之间的运输频次普遍较高,长途汽车的频次主要集中于城市群内部的运输线路;② 各城市群的长途汽车网络已拥有一定规模,网络的成环率、结合度和连接率普遍高于高铁列车网络;③ 2种交通方式在不同城市群的发展差异较大,长三角和珠三角等城市群的2种网络都较为成熟发达,京津冀和成渝等城市群的长途汽车网络连通性明显优于高铁,北部湾等城市群的2种网络都有较大的发展空间;④ 高铁列车网络具有轴线结构特征,长途汽车则呈“核心?边缘”的网络结构,在具体城市群中两种网络结构又具有一定差异性。     

Structural analysis and design of frost resistance function for subgrade of high-speed railway ballasted track in cold regions

According to the technical characteristics of short fixed wheelbase of a high-speed carriage, a subgrade-track integrated space mechanical response analysis model is proposed for trains under the action of biaxial load after the comparison of the stress distribution characteristics of the ballast track subgrade bed structures for high-speed railway under the action of uniaxial load and biaxial load. The loading threshold value (high-cycle long-term dynamic strength) under the circumstance where the cumulative deformation of subgrade structure gradually develops and finally reaches the convergent state, and its relationship with the foundation coefficient K₃₀ were deduced, based on the characteristics of cumulative deformation evolution obtained from the unit structure filling model test under the action of cyclic loading. In view of structure stability and frost resistance requirements of the railway subgrade in cold regions, technical conditions to maintain good service performance of subgrade structure of high-speed railway ballasted track are discussed and analyzed. Study results show that the additive effect manifests itself obviously for railway train bogies under the action of biaxial load than uniaxial load, which has a significant dynamic effect on the subgrade bed bottom and a slight effect on the surface layer. Thus, the adoption of a biaxial load model in the design of a high-speed railway subgrade accurately reflects the vehicle load. Pursuant to the structure design principle, the design method of the subgrade structure of high-speed railway ballasted track is proposed to meet the technical requirements such as structural strength, bearing stiffness and high-cyclic and long-term stability. Technical indicators are obtained for the variation of thickness of the surface layer of reinforced subgrade bed in the double-layer subgrade mode along with the change of K₃₀ at the subgrade bed bottom. The double-layer structure mode of "closure on the upper layer and drainage on the lower layer" was proposed in order to meet the waterproofing and drainage requirements of the upper layer of the subgrade bed in cold regions. A dense-framework graded gravel filler with weak water permeability at a coefficient of 10^-4 cm/s is used on the upper layer and the void-framework graded gravel filler at the water permeability coefficient of 10^-2 cm/s is adopted on the lower layer.     

Spatial differentiation and influence mechanism of the connection-distribution performance of urban high-speed railway hub in the Yangtze River Economic Belt

A transportation hub is the key link in the construction of the comprehensive three-dimensional transportation corridor of the Yangtze River Economic Belt, and is the basic factor responsible for the promotion of this belt. A high-speed railway hub has the “last kilometer of time-space compression” effect and is the key to building an efficient, convenient, modern, and comprehensive transportation system. This study constructed a model for measuring the connection-distribution performance of the high-speed railway hub, determined the connection-distribution performance of the urban high-speed railway hub in the Yangtze River Economic Belt, and analyzed its spatial differentiation characteristics, further revealed the influencing mechanism of the connection-distribution performance of the high-speed railway hub. The main results are as follows: (1) The connection-distribution performance of the high-speed railway hub in the Yangtze River Economic Belt presented an “olive-shaped pattern” grade structure with two small ends and a large middle section, that is, the number of high-speed railway stations with high performance and average performance was small, and the number of high-speed railway stations with good performance and medium performance was large. (2) The connection-distribution performance of the high-speed railway hub in the Yangtze River Economic Belt showed a regional differentiation pattern of “high in the east and low in the west” and “high in the north and low in the south”, and showed an urban agglomeration differentiation pattern of “high in the core areas but low in the marginal areas”; moreover, spatial differences were prominent in the distribution of nine evaluation indexes of the connection-distribution performance of the high-speed railway hub. (3) GDP, urbanization rate, city level, station passenger flow and frequency of shuttle bus were key driving factors affecting the connection-distribution performance of the high-speed railway hub. At the same time, there were significant differences in the key driving factors for the connection-distribution performance grades of high-quality, good, medium and average.