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1、第31卷第1期中国沙漠Vol.31No.12011年1月JOURNALOFDESERTRESEARCHJan.2011文章编号:1000-694X(2011)01-0021-07铁路挡风墙挡风效果和积沙情况分析郑晓静,马高生,黄宁(兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室,甘肃兰州730000)摘要:对我国/百里风区0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
2、速有明显影响,目前在/百里风区0沿线设置的挡风墙在避免行进列车倾覆方面发挥了积极作用。然而,在设置挡风墙的沿线上,由路基背风面的回旋气流可导致路基后坡面的沙粒被卷起并被反向气流携带,然后沉积在路基铁轨附近。同时,通过挡风墙线路的列车车厢尾部的下沉气流也会引起在强沙尘天气时来流气流中所携带的沙粒沉积在路基铁轨附近。因此,对挡风墙沿线的积沙问题应该予以重视。关键词:挡风墙;列车运行;临界倾覆风速;沙粒沉积中图分类号:U216.41文献标识码:E在兰新铁路隶属新疆铁路分局的红旗坎站-小草在2004年设置挡风墙前后,不少学者利用试验湖站-红台站-大步站-十三间房站-红层站-了墩站的和数值手段探讨了强
3、侧风作用下,不同形状、不同高长达123km的线路上,每年8级以上的大风天气约度和位置的挡风墙对流场或火车气动性能的影响。[2]320d,被称为/百里风区0。在这一路段上,由于新疆例如:刘贤万、崔志刚利用风洞实验探讨了强侧风[1]植被覆盖率下降,地表沙化严重,曾多次出现因大作用下,不同形状、高度、位置的挡风墙对处于静止[3]风和沙尘暴导致的火车倾覆翻车事件,严重影响了该状态的火车气动性能的影响。刘凤华和姜翠香[4]路段的铁路运输安全。为保障列车在大风天气条件等将列车简化为细长体,分别就挡风墙高度、位下的安全正常行驶,在/百里风区0沿线修建了挡风墙置、及路基高度对倾覆力矩的影响进行了详细讨论。(
4、图1)。几年的运行证明,所修建的挡风墙在保证列这些研究对于挡风墙的设计提供了必要的依据。然车运行安全方面发挥了重要作用。同时也发现:在已而,对于行进列车而言,单节车厢的稳定性与整列列[5]修建挡风墙的线路上出现沙粒的沉积(图1)。车的稳定性是有所不同的。同时,虽然学者对铁[6-15]路沙害防治进行了深入的研究,但对于挡风墙沿线轨道积沙问题的研究还比较少。由于这些日积月累沉积在轨道上的沙粒会在填充了砾石(道渣)间空隙的过程中,影响线路的平整度、导致路基板结,进而降低线路质量,影响列车的舒适度和加剧钢轨[16-20]磨耗。为此,对挡风墙沿线的轨道积沙问题挡沙效果分析是十分必要。本研究针对以某一速
5、度行进的客车的单节车厢倾覆为例,建立了行进列车车厢通过挡风墙线路时的风场与车厢行进相互作用的力学模型,其中不仅考虑图1/百里风区0兰新线路基轨道间沉积沙粒了前后车厢对该车厢倾覆的影响,而且采用了动网格Fig.1Depositedsandparticlesonrailwayroadbed直接求解三维非定常、不可压Navier-Stokes方程与inafamousgaleregioninChinak-E湍流模型,给出了在路基前坡设有挡风墙线路上收稿日期:2010-03-05;改回日期:2010-04-06基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2009CB421304,2006DFA03640)
6、;国家自然科学基金项目(10532040,10872082)资助作者简介:郑晓静(1958)),女,浙江乐清人,中国科学院院士,教授,博士生导师。主要从事风沙地貌和风沙灾害研究。Email:xjzheng@lzu.edu.cn22中国沙漠第31卷行进列车车厢附近的复杂流场分布。由此定量分析y,z),ub=u(x,y,5174)和ut=u(x,y,10118);¼由于[25]了单节车厢脱轨倾覆时的临界倾覆风速随挡风墙高强侧向风作用所引发的列车侧向位移较大,本研度的变化规律以及对路基沙粒沉积的影响。究在分析单节车厢倾覆时,计及了由前后两节车厢作用在车钩处的作用力,其分量分别记为FP1x,FP2x
7、,1基本模型和受力分析FP1z,FP2z以及由此所产生的力矩。这里出于安全考根据列车蛇行系统稳定性理论和对列车脱轨极虑,将作用在车钩处的作用力取为车厢自身的惯性[21-22]限的研究,火车脱轨倾覆的主要原因是车体丧力,即FP1x=FP2x=FP1z=FP2z=max。失了横向振动稳定性。而由所发生的列车脱轨事故分析也表明,脱轨现象往往首先发生在某节车厢。所以,根据图1所示的/百里风区0线路列车通过的实际情况,
