1、 公路工程论文范文：公路挡雪防风阻雪作用体制研究1 绪论1.1 研究目的及意义公路是现代文明的重要标志，也是代写论文经济和社会进步的基础。公路交通的发展已深入到社会的各个方面，确保公路畅通无阻是交通部门的首要任务。尤其是对于我国的西部地区来说，自然条件恶劣，地域辽阔，公路运输为最主导的交通方式，具有分布范围广，运营里程长的特点，对该地区社会繁荣与进步具有至关重要的作用赵国平等，2012)。该区地处欧亚大陆腹地，普遍受蒙古冷高压和西伯利亚反气旋的影响，冬季寒冷漫长、气候干燥、风力强劲，积雪期长，经常出现公路风雪灾害，其中风吹雪形成的二次雪阻是常见的公路灾害之一，严重的影响了该地区人民的正常生活王
2、中隆等，1983， 1995， 2001；郝宇博等，2005;陈凤箴，2009)。公路雪害受地形地貌、风向风速以及公路设施等多种因素的影响，增加了其防治的复杂性，尽管很多地方设置了防雪工程，如，挡雪墙、防雪栅栏及防雪林等，仍然不能有效的防治雪阻路断现象。在我国西北、华北、东北及西南地区，如青海、西藏、新疆及内蒙古等省自治区，公路雪害不但年年发生，甚至一年中多次发生每年 10 月至次年 4 月），2010 年 2 月 6 日，新疆阿尔泰地区普降大雪，据有关调查显示，降雪三天后，发生了严重风雪流的灾害，部分路段平均积雪量甚至达到 1.5m，不仅对该地区人民的正常生活和工农业生产造成严重影响，而且加
3、大了救灾工作的难度。如何在已建有公路的区域范围内，因地制宜的设置防雪设施，有效地防治公路风吹雪雪害的发生，已是长期困扰西部地区公路建设、运输的一个难题王中隆等，1983， 1995，2001；郝宇博等，2005;高鹏飞等，2009)。风吹雪又称风雪流）为空气携带着雪粒运行的非典型的两相流，包括气流和气流中携带的雪粒。当风雪流在沿途遇到障碍物或达到挟雪的饱和路径后，雪粒便沉积下来，形成雪堆。风吹雪对自然积雪具有二次重新分配的作用王中隆等，2001)，是我国西部地区冬季频发的三大雪害之一席建峰，2007;应成亮，2007)。挡雪墙是一种设置在公路上风侧，利用墙体的阻挡作用减小风雪流的运行速度、改变
4、运行路径，使风雪流在墙体的周围形成堆积，能有效防治道路风吹雪灾害、保持路面畅通的一种工程构造物。纵观国内外近年来的研究成果以及野外大量的调查王中隆等，1983， 1988， 1995, 2001；高鹏飞，王廷亮， 2009;王显祎，2003;席建峰，应成亮，2007;张海峰，2009;张琳琳，2004: 张霞，2005; Hagen et al, 1971; Aasttinet al, 1975； Boldes et al, 2001； Comelis et al, 2005),由于挡雪墙的设计缺乏理论指导，主要依靠经验进行建设，大部分挡雪墙具有设置不合理的问题，使得防雪效果不能够发挥到最佳，
5、其中最普遍的问题是挡雪墙的高度墙高 H)、疏透度孔隙面积与总面积比 T1)及风向夹角气流与挡雪墙作用角度 S)参数等搭配不合理，导致大部分挡雪墙不能完全发挥防治作用。因此，明确挡雪墙的作用机理，对解决挡雪墙理设置问题，使其防雪效果达到最佳，保障公路畅通，具有重要的科学和实践意义。然而，近半个多世纪以来，为了寻找和解释防雪栅栏、挡雪墙防风阻雪作用机制，人们利用野外观测、风洞实验和数值模拟等手段对栅栏、挡雪墙周围气流运行过程做大量的研究王中隆等，1983， 1995， 2001；李长林等，2000， 2007；郝宇博等，2005；罗万银等，2007,2009; Jacobs et al, 1977
6、； Raine et al, 1985)?由于测量手段的限制，前人对挡雪墙周围气流的研究，都是考虑到单一因素或二因素的影响墙高、风速或疏透度），对气流、墙体、风向夹角和疏透度的响应关系缺乏系统性研究，致使人们对挡雪墙防雪的空气动力过程没有统一的认识。自动风速仪、皮托管、热线热膜）风速仪HWFA)等设备只能进行单个点或多个点简单测量，无法同时测得一个断面内不同层次或高度的气流速度，也无法排除外界因素的干扰，例如，在野外测量时，由于受阵风或小地貌的影测试技术，通过相似考虑，在风洞中利用设计的 24 个模型组合，模拟了不同高度、疏透度及风向夹角挡雪墙周围的流场以及积雪过程，对挡雪墙防风阻雪作用机制的
7、空气动力学解释具有重要的科学和实践意义，并为公路应用科学、水土保持科学及灾害防治等学科的交叉发展奠定了坚实的基础。2 试验材料与方法2.1 风洞模拟实验在选择理想的模拟实验介质过程时，对麸皮、小玉米糝和锯末 3种模拟介质按新雪的常见三种粒径(0.4mm0.6mm, 0.6mm0.8mm, 0.8mm 1.25mm)进行筛分，并分别测量干、湿介质中每种粒径粒子的含量、容重、含水量，主要采用两种方法。第一种方法是进行对比介质和雪的物理性质，由实验所得，新雪的大小在0.3mm1.18mm 之间占总雪体积的 96%，占总雪质量的 97%,根据几何相似理论，选择的介质的大小应该在 0.3mm1.18rn
8、m 之间。麸皮的大小在 0.3mm1.25mm 之间占总质量的 94.74%左右，玉米糁的大小在 0.3mm?1.25mm 之间的占总质量的 99%左右。在实验过程中，发现锯末的杂质较多，考虑到实验结果的影响，故先将锯末排除在实验介质选择之外。对玉米糁、湿鼓皮和干麸皮的容重进行对比，玉米糁的容重为 -:40.655g/cm3，湿麸皮的容重为 0.302g/cm3,干麸皮的容重为 0.309g/cm3。比较可得，进行风吹雪模拟实验中，理想的介质应为麸皮。第二种方法是根据介质在风洞中的起动风速和跃移起动风速进行选择。第一利用起动风速，麸皮和玉米糁在湿重和干重两种状态下，粒径在 0.8mm?1.25
9、mm 时，起动风速分别为 3.27m/s、 2.77m/s、7.23m/s、 6.85m/s,锯末为 2.83m/s;粒径在 0.6mm0.8mm时，起动风速为 4.87m/s、 4.49m/s 和 7.18m/s、 5.80m/s,锯末为3.41m/s;粒径在 0.4mm?0.6mm 吋，起动风速为 6.12m/s、 5.39m/s禾 11 7.36m/s、 5.34m/s;混合时，起动风速为 5.11m/s、 4.56m/s、 6.64m/s。根据经验，雪的起动风速应小于 7rn/s，所以可以排除介质为玉米糁的情况，而对于鼓皮和锯末两种介质，锯末的起动风速又太小，故排除，最后为鉄皮。第二利
10、用跃移起动风速，观察三种介质的跃移起动风速，粒径在 0.8mm1.25mm 时，鉄皮、玉米糁和锯末的跃移起动风速分别为 5.27m/s、9.24m/s 禾 n 6.08m/s;粒径在 0.6mm?0.8mm 时，分别为 5.90m/s、 8.63m/s 和 5.64m/s;粒径在 0.4mm?0.6mm 时，分别为 6.16m/s、8.66m/s 和 4.98m/s;混合时，分别为 5.76m/s、8.36m/s 禾 n 5.52m/s。以上数据变化表明，也可以先排除介质为玉米穆的情况。3 风向夹角对不同物理模型挡雪墙周围. 34-733.1 风向夹角对气流速度场的影响. 34-393.1.1
11、 风向夹角为 90时气流场 .34-363.1.2 风向夹角为 60时气流场 .36-383.1.3 风向夹角为 30时气流场 .38-393.2 风向夹角对不同梯度气流速度廓线影响 .39-613.3 风向夹角对气流加速、减速及重. 61-703.4 小结. 70-734 疏透度对不同物理模型挡雪墙周围气.73-1094.1 疏透度对气流速度场的影响. 73-754.1.1 =0.00 模型气流场. 734.1.2 =0.30 模型气流场 .73-744.1.3 =0.40 模型气流场. 744.1.4 =0.50 模型气流场 .74-754.2 疏透度对不同梯度气流速度廓线影响. 75-9
12、44.3 疏透度对迎风侧气流加速. 94-1074.4 小结 .107-1095 小同物理模型挡雪墙对周围积雪过程影响. 109-1495.1 疏透度对积雪形态及积雪量影响. 109-1435.2 风向夹角对积雪形态及积雪量的影响. 143-1465.3 小结. 146-149结论(1)气流以不同风向夹角作用于挡雪墙时，不同模型组合挡雪墙周围的气流，在运行过程中出现分异规律，一部分为沿近地层附近减速运行气流，另一部分气流则为抬升和加速气流，第三层为上层乱流，随着风向夹角的减小，这种分异规律逐渐消失：受风向夹角影响，气流在迎风侧和背风侧均出现了反向气流祸流区，但其反向涡 H 流的大小、出现的频率
13、、位置及形成的涡尺度会随着风向夹角改变而变化，在相同条件下 H， n),风向夹角越大，形成的反向涡的位置离挡雪墙迎风侧和背风侧）越近，出现的涡气流速度、频率和祸尺度相对越大，反之越小。在相同条件下,随着风向夹角增大，迎风侧气流的加速作用逐渐增强，iL 随着高度的增加而增大，在挡雪墙之上 0.2h 高度处，气流的加速作用最强，0.2hy、外，加速作用逐渐减弱。回归分析表明，在水平方向上，气流加速率 S)与水平距离H)均为多项式函数关系；在垂直方向上，气流加速率与垂直距离关系为指数函数正相关关系，但是随着风向夹角的减小，趋向于不再遵循以上两种规律，其加速化：变的更为平缓，甚至不变。挡雪墙背风侧，气
14、流发生分离后在不同位置均出现了气流重附现象，当气流夹角为 90。夹角时，不同模型组合的重附距离分别为 0.7h、 1.3h、 2.34.3h; 60夹角为 3h、 4h、 2.6h 和 3.3h; 30时气流在背风侧有了 一定的减小，但并没有附着在近地综合分析表明，风向夹角对气流在迎风侧加速及减速、背风侧气流的分离与重附起着至关重要作用。(2)不同模型组合的疏透度对挡雪墙周围气流影响表明，在相同条件下 H， 5),随着疏透度 T1)的增大，在水平方向上迎风侧气流加速效应和二次涡流频率逐渐减小，而背风侧反之；垂直方向上，模型中上部 2h)及以下气流都受到了挡雪墙模型的显著影响，其中不透风式 11=0.00)的气流在模型周围最为复杂多变，均在迎风侧和背风侧形成了多次的次涡流，而随着疏透度的增加，气流曲线在整体上变得相对 f 缓；在相同条件下 H， 5 )，气流重附点位置随着疏透度的增大而逐渐后移。疏透度对气流在迎风侧加速及减速、背风侧气流的分离与重附起着重要作用。(3)不同高度挡雪墙 30mm/40mni)对气流的影响表明，在相同条件下其不同模型组合周围气流运行过程基本类似，但是受墙体高度的影响，随着挡雪墙高度的增加，在迎风侧形成反向气流频率有增大的趋势，而背风侧对气流的减速过程表现更加显著。
