初探風對鐵路的影響

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1研究方法

在臨策鐵路K325+000～K651+000段路基斷面形式調查的基礎上，選擇了4、8、12m3種不同路基高度，且邊坡比均為1∶1.75的路堤作為研究對象，利用HO-BO風向風速自動記錄儀對選定路堤斷面進行野外風速流場縱向和垂向風速變化觀測試驗，風速觀測高度分別為0.2、0.5、1、2m，路堤風速觀測點位，路堤二維風速流場圖繪制方法通過對野外實測數據的篩選，將曠野1m高處6、8m/s和10m/s風速確定為基準風速，并利用Surf-er8.8軟件繪制不同高度路堤二維風速流場圖。路堤風速流場數字化方法在Surfer8.8軟件中利用數字化編輯的方法，對路堤二維風速流場1m高度層的模擬風速值進行數字化，將數字化數據導入Excel進行處理，得到路堤風速流場1m高處縱向風速變化曲線。趨勢面分析方法由于利用趨勢面分析方法分離數據中的趨勢和局部異常時，趨勢面次數過高會影響遠離觀測點的地方趨勢面發生變形，同時，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格化數據，選用“SimplePlannerSurface”(簡單平面)多元回歸類型，將不同高度的路堤在不同曠野風速條件下的風速流場區域化。趨勢面需要擬合精度來確定能否揭示空間趨勢，趨勢面擬合精度C用下式表示式中，zi為觀測值;^zi為趨勢值;珋zi為觀測值的平均值。通常C為60%～70%時趨勢面就能揭示空間。

2結果與分析

路堤高度為4m時，當曠野風速為6m/s，在迎風側8H～10H和2H～5H(H表示路堤高度，下同)處形成渦流，同時在－2H～0處形成渦流，在背風側觀測區域內則形成大范圍的弱風區;當曠野風速為8m/s時，渦流區較6m/s風速時逐漸向背風側前移，并且渦流尺度變大，渦流區分別出現在1H～5H、6H～10H、－3H～0以及背風側－10H～－6H處;當曠野風速為10m/s時，渦流區繼續前移，在迎風側渦流只出現在1H～4H，同時在－3H～0處形成渦流和弱風區，在背風側－10H～－6H處出現的渦流相對于8m/s風速時尺度變小。當路堤高度為8m時，在迎風側形成大范圍的弱風區，而渦流區則全部轉移至背風側，并隨著曠野風速的增大，渦流區在背風側的范圍逐漸增大，渦流尺度逐漸減小，渦流區個數由1個變為2個，渦流區分別出現在，同時，路面出現的紊流隨著曠野風速的增大，逐漸變為渦流。當路堤高度為12m時，與4m和8m高度路堤相同，渦流區范圍隨著曠野風速的增大向背風側轉移，渦流尺度呈先變大后減小，但要遠大于4m和8m高度路堤渦流區尺度，同時，路面渦流區范圍隨著曠野風速的增大逐漸增大。

3野外實測

在路堤背風坡路肩處，三種高度路堤風速廓線均呈上下層不均勻變化，相對于路堤迎風坡路肩，在1m和2m高度層呈現加速，0.2m和0.5m高度層呈減速變化，尤其在路堤高度為8m時，風速廓線各高度風速加速和減速幅度最大。在背風坡坡腳處，隨著曠野風速的增大，風速廓線變化逐漸不均勻，其中，4m和8m高度路堤各高度層風速呈減速變化，8m路堤減速幅度最大，各高度層風速均降低至4m/s以下，而當路堤高度為12m時，6m/s風速廓線各層風速出現加速變化，8m/s和10m/s風速廓線則呈減速變化。路堤風速流場垂向變化選取不受路堤影響的曠野風速廓線作為參照，對比分析4、8m和12m高度的路堤在迎風坡坡腳、迎風坡路肩和背風坡坡腳、背風坡路肩處的風速廓線變化規律隨著曠野風速的增大，3種高度路堤曠野風速廓線均呈“J”形變化。在路堤迎風坡坡腳處，隨著路堤高度的增加風速廓線逐漸變均勻，但各高度層風速均呈減小變化，同時，隨著曠野風速的增大，4m高度路堤各高度層風速均為減小變化，尤其在曠野風速為10m/s時，0.2、0.5m和1m高處風速降低幅度最大，分別降低了3、3.8m/s和2.1m/s;8m高度路堤，在曠野風速為6m/s和10m/s時各高度層風速呈減小變化，但當風速為8m/s時，0.2、0.5m和1m高處風速呈增加變化，分別增加了1.52、1.14m/s和0.75m/s;12m高度路堤，當曠野風速為6m/s時，各高度層風速均為增加，但當風速為8m/s和10m/s時，各高度層風速呈減小變化，并隨著風速的增大減小的幅度加大，當風速為10m/s時，各層風速分別減小了3、3、4.6m/s和3.7m/s。在路堤迎風坡路肩處，4m和8m高度路堤風速廓線呈現不規律的變化，12m高度路堤風速廓線各層風速保持均勻變化，其中，8m高度路堤風速廓線各層風速增長幅度最大，尤其當曠野風速為8m/s時，各層風速分別增加了8.4、8.8、8m/s和7.6m/s。

作者：楊鵬單位：新疆第一工程局