初探風(fēng)對(duì)鐵路的影響
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1研究方法
在臨策鐵路K325+000～K651+000段路基斷面形式調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇了4、8、12m3種不同路基高度，且邊坡比均為1∶1.75的路堤作為研究對(duì)象，利用HO-BO風(fēng)向風(fēng)速自動(dòng)記錄儀對(duì)選定路堤斷面進(jìn)行野外風(fēng)速流場(chǎng)縱向和垂向風(fēng)速變化觀測(cè)試驗(yàn)，風(fēng)速觀測(cè)高度分別為0.2、0.5、1、2m，路堤風(fēng)速觀測(cè)點(diǎn)位，路堤二維風(fēng)速流場(chǎng)圖繪制方法通過對(duì)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的篩選，將曠野1m高處6、8m/s和10m/s風(fēng)速確定為基準(zhǔn)風(fēng)速，并利用Surf-er8.8軟件繪制不同高度路堤二維風(fēng)速流場(chǎng)圖。路堤風(fēng)速流場(chǎng)數(shù)字化方法在Surfer8.8軟件中利用數(shù)字化編輯的方法，對(duì)路堤二維風(fēng)速流場(chǎng)1m高度層的模擬風(fēng)速值進(jìn)行數(shù)字化，將數(shù)字化數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel進(jìn)行處理，得到路堤風(fēng)速流場(chǎng)1m高處縱向風(fēng)速變化曲線。趨勢(shì)面分析方法由于利用趨勢(shì)面分析方法分離數(shù)據(jù)中的趨勢(shì)和局部異常時(shí)，趨勢(shì)面次數(shù)過高會(huì)影響遠(yuǎn)離觀測(cè)點(diǎn)的地方趨勢(shì)面發(fā)生變形，同時(shí)，因擬合度高常造成丟失異常信息，擬合的效果變差。所以，本文利用多元回歸法網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，選用“SimplePlannerSurface”(簡(jiǎn)單平面)多元回歸類型，將不同高度的路堤在不同曠野風(fēng)速條件下的風(fēng)速流場(chǎng)區(qū)域化。趨勢(shì)面需要擬合精度來確定能否揭示空間趨勢(shì)，趨勢(shì)面擬合精度C用下式表示式中，zi為觀測(cè)值;^zi為趨勢(shì)值;珋zi為觀測(cè)值的平均值。通常C為60%～70%時(shí)趨勢(shì)面就能揭示空間。
2結(jié)果與分析
路堤高度為4m時(shí)，當(dāng)曠野風(fēng)速為6m/s，在迎風(fēng)側(cè)8H～10H和2H～5H(H表示路堤高度，下同)處形成渦流，同時(shí)在－2H～0處形成渦流，在背風(fēng)側(cè)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)則形成大范圍的弱風(fēng)區(qū);當(dāng)曠野風(fēng)速為8m/s時(shí)，渦流區(qū)較6m/s風(fēng)速時(shí)逐漸向背風(fēng)側(cè)前移，并且渦流尺度變大，渦流區(qū)分別出現(xiàn)在1H～5H、6H～10H、－3H～0以及背風(fēng)側(cè)－10H～－6H處;當(dāng)曠野風(fēng)速為10m/s時(shí)，渦流區(qū)繼續(xù)前移，在迎風(fēng)側(cè)渦流只出現(xiàn)在1H～4H，同時(shí)在－3H～0處形成渦流和弱風(fēng)區(qū)，在背風(fēng)側(cè)－10H～－6H處出現(xiàn)的渦流相對(duì)于8m/s風(fēng)速時(shí)尺度變小。當(dāng)路堤高度為8m時(shí)，在迎風(fēng)側(cè)形成大范圍的弱風(fēng)區(qū)，而渦流區(qū)則全部轉(zhuǎn)移至背風(fēng)側(cè)，并隨著曠野風(fēng)速的增大，渦流區(qū)在背風(fēng)側(cè)的范圍逐漸增大，渦流尺度逐漸減小，渦流區(qū)個(gè)數(shù)由1個(gè)變?yōu)?個(gè)，渦流區(qū)分別出現(xiàn)在，同時(shí)，路面出現(xiàn)的紊流隨著曠野風(fēng)速的增大，逐漸變?yōu)闇u流。當(dāng)路堤高度為12m時(shí)，與4m和8m高度路堤相同，渦流區(qū)范圍隨著曠野風(fēng)速的增大向背風(fēng)側(cè)轉(zhuǎn)移，渦流尺度呈先變大后減小，但要遠(yuǎn)大于4m和8m高度路堤渦流區(qū)尺度，同時(shí)，路面渦流區(qū)范圍隨著曠野風(fēng)速的增大逐漸增大。
3野外實(shí)測(cè)
在路堤背風(fēng)坡路肩處，三種高度路堤風(fēng)速廓線均呈上下層不均勻變化，相對(duì)于路堤迎風(fēng)坡路肩，在1m和2m高度層呈現(xiàn)加速，0.2m和0.5m高度層呈減速變化，尤其在路堤高度為8m時(shí)，風(fēng)速廓線各高度風(fēng)速加速和減速幅度最大。在背風(fēng)坡坡腳處，隨著曠野風(fēng)速的增大，風(fēng)速廓線變化逐漸不均勻，其中，4m和8m高度路堤各高度層風(fēng)速呈減速變化，8m路堤減速幅度最大，各高度層風(fēng)速均降低至4m/s以下，而當(dāng)路堤高度為12m時(shí)，6m/s風(fēng)速廓線各層風(fēng)速出現(xiàn)加速變化，8m/s和10m/s風(fēng)速廓線則呈減速變化。路堤風(fēng)速流場(chǎng)垂向變化選取不受路堤影響的曠野風(fēng)速廓線作為參照，對(duì)比分析4、8m和12m高度的路堤在迎風(fēng)坡坡腳、迎風(fēng)坡路肩和背風(fēng)坡坡腳、背風(fēng)坡路肩處的風(fēng)速廓線變化規(guī)律隨著曠野風(fēng)速的增大，3種高度路堤曠野風(fēng)速廓線均呈“J”形變化。在路堤迎風(fēng)坡坡腳處，隨著路堤高度的增加風(fēng)速廓線逐漸變均勻，但各高度層風(fēng)速均呈減小變化，同時(shí)，隨著曠野風(fēng)速的增大，4m高度路堤各高度層風(fēng)速均為減小變化，尤其在曠野風(fēng)速為10m/s時(shí)，0.2、0.5m和1m高處風(fēng)速降低幅度最大，分別降低了3、3.8m/s和2.1m/s;8m高度路堤，在曠野風(fēng)速為6m/s和10m/s時(shí)各高度層風(fēng)速呈減小變化，但當(dāng)風(fēng)速為8m/s時(shí)，0.2、0.5m和1m高處風(fēng)速呈增加變化，分別增加了1.52、1.14m/s和0.75m/s;12m高度路堤，當(dāng)曠野風(fēng)速為6m/s時(shí)，各高度層風(fēng)速均為增加，但當(dāng)風(fēng)速為8m/s和10m/s時(shí)，各高度層風(fēng)速呈減小變化，并隨著風(fēng)速的增大減小的幅度加大，當(dāng)風(fēng)速為10m/s時(shí)，各層風(fēng)速分別減小了3、3、4.6m/s和3.7m/s。在路堤迎風(fēng)坡路肩處，4m和8m高度路堤風(fēng)速廓線呈現(xiàn)不規(guī)律的變化，12m高度路堤風(fēng)速廓線各層風(fēng)速保持均勻變化，其中，8m高度路堤風(fēng)速廓線各層風(fēng)速增長(zhǎng)幅度最大，尤其當(dāng)曠野風(fēng)速為8m/s時(shí)，各層風(fēng)速分別增加了8.4、8.8、8m/s和7.6m/s。
作者：楊鵬單位：新疆第一工程局
