CN105256729B - 聚风式防风挡沙墙 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚风式防风挡沙墙，包括并排设置的两根立柱，两根立柱之间设置聚风板和挡风板，聚风板和挡风板之间有空隙，立柱顶部、聚风板顶部和挡风板顶部相平齐，聚风板下端面的位置高于挡风板下端面的位置。该防风挡沙墙可同时高效兼顾防沙防风，摆脱了原有防风挡沙装置不能同时高效兼顾防风和防沙的缺点。可借助自身的聚风空隙削弱挡沙墙顶部的气流速度，减少沙粒跃过挡风墙的数量，提高防沙效率。组装式结构、安装速度快、施工简便、可批量生产。

Description

聚风式防风挡沙墙

技术领域

本发明属于工程风沙防护技术领域，涉及一种防风挡沙设施，特别涉及一种聚风式防风挡沙墙。

背景技术

风蚀和风积是干旱和半干旱地区风沙活动的基本表现形式，它不仅塑造了沙漠地区的地表形态，而且给人们的生产和生活带来了严重的威胁。如风携带着沙物质降低了大气的能见度，影响交通运输，破坏植物和电线，磨损建筑物和机器，吹蚀土壤表层有机质，降低土壤营养元素等。由于全球气候变暖和人类活动加剧，越来越多的土地成为裸露地，加剧了干旱和半干旱地区的沙漠化过程。土地沙漠化与沙尘暴是影响我国北方地区的一个重大环境问题，不仅给当地和毗邻地区的居民生产生活带来严重影响，而且严重威胁着道路交通运输。

针对风沙的侵袭，学者们提出了不同的防沙措施，主要包括植物防沙和机械防沙。生物防沙是一种长久可靠的风沙防护模式，植物防护林带的培育，不仅能拦截过境风沙流，防治就地起沙，还能改良小区域的生态环境，但它对自然环境要求较为苛刻，只能在植物可以生存的地方应用，具有地域局限性。而机械防沙则没有地域限制，可以在任何地方使用，但由于积沙具有累积性，导致其时效性也较短。

人们最早想到的是阻挡沙丘前进的步伐。最古老的防护措施是在风沙危害强烈的地方布设一道非透风式阻沙沙障，阻止流沙前移。其阻沙原理就是利用沙障周围气流速度重新分布的特点，破坏沙障周围风沙流的平衡状态，使部分沙粒沉积在沙障周围，起到净化风沙流的作用，从而达到防沙的目的。但早期人们对风沙流活动规律研究很少，只是单纯利用挡沙堤阻挡沙粒前进，没有考虑沙障对气流的影响，导致防沙工程效率很低。随着对风沙流运动规律的不断认识，防沙工作者们逐渐意识到沙障周围气流速度分布既有衰减区，也有加强区，沙障高度范围内的速度衰减区可以使沙粒沉积，但顶部的速度加强区则可使沙粒加速跃过沙障，继续随气流运动，导致被保护区域沙害依然较为严重。为提高防沙工程的防沙效率，减少工程造价，近年来防沙工作者们开始尝试采用透风式沙障，并大面积应用于工程实践，取得了良好的效果，与非透风式沙障相比，性价比大幅度提高。但上述工程只能应用于沙害大于风害的地区，在风力强劲的荒漠地区(风力可达60m/s以上)这些措施就显得捉襟见肘，因为相对于沙害而言，强劲大风对道路运输的影响有过而无不及。例如兰新高速铁路风沙防护过程中就产生了一系问题，为了保证列车不被大风吹翻，在路肩修建了非透风式挡风墙，但由于挡沙墙顶部存在气流加强区，大部分沙粒跃过挡风墙沉积在线路上，严重威胁着列车的安全运行，而如果采用透风式挡风墙，虽然防沙效率大大提高，但列车被大风吹翻概率急剧上升。针对上述问题，我们提出了一种新型高效聚风式防风挡沙墙。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能防沙又能防风的聚风式防风挡沙墙，在大风荒漠区单独采用一种设施就能有效兼顾防风防沙的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种聚风式防风挡沙墙，包括并排设置的两根立柱，两根立柱之间设置聚风板和挡风板，聚风板和挡风板之间有空隙，立柱顶部、聚风板顶部和挡风板顶部相平齐，聚风板下端面的位置高于挡风板下端面的位置。

本发明防风挡沙墙具有如下优点：

1）可同时高效的兼顾防沙防风，摆脱了原有防风挡沙装置不能同时高效兼顾防风和防沙的缺点。

2）可借助自身的聚风孔削弱挡沙墙顶部的气流速度，减少沙粒跃过挡风墙的数量，提高防沙效率。

3）组装式结构、安装速度快、施工简便、可批量生产。

附图说明

图1是本发明防风挡沙墙的主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的A-A剖视图。

图4是本发明防风挡沙墙中聚风板的示意图。

图5是图4的左视图。

图6是风沙流遇到本发明防风挡沙墙后产生的两部分气流合成为合气流的气流合成图。

图7是距现有的挡风墙顶部0.1m处沿程风速变化趋势和距本发明防风挡沙墙顶部0.1m处沿程风速变化趋势对比图。

图中：1.立柱，2.聚风板，3.挡风板，4.聚风板本体，5.斜面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明防风挡沙墙，包括并排设置的两根立柱1，两根立柱1之间平行设置有聚风板2和挡风板3，聚风板2和挡风板3之间有空隙，该空隙为狭管形的聚风孔；聚风板2朝向立柱1的两侧分别与两根立柱1相连接，挡风板3朝向立柱1的两侧分别与两根立柱1相连接；立柱1顶部、聚风板2顶部和挡风板3顶部相平齐，聚风板2下端面的位置高于挡风板3下端面的位置，挡风板3下端面的位置高于立柱1下端面的位置。

如图4和图所示，本发明防风挡沙墙中的聚风板2，包括长方体形的聚风板本体4，聚风板本体4朝向挡风板3端面下端的中部加工有斜面5。

立柱1由钢筋混凝土预制成整体，为了便于安装挡风板3和聚风板2，制作立柱1时，在立柱1的一个侧壁上平行设置两条互不相连的卡槽，一条卡槽的长度与聚风板2的高度相适配，另一条卡槽的长度与挡风板3的高度相适配。挡风板3为钢筋混凝土预制成的长方体。聚风板2为钢筋混凝土预制板。

安装本发明防风挡沙墙时，在指定的安装地点开凿立柱1安装坑，然后，将立柱1下端浇筑于该安装坑内，使聚风板2朝向迎风侧，挡风板3位于背风侧，且挡风板3下端面紧贴地面，见图3。

气流是风沙流形成的动力条件，也是决定风沙流运动状态的关键指标。以初始条件为饱和状态的风沙流为例进行说明：当风沙流中的气流速度保持不变时，风沙流呈非堆积搬运状态，即风沙流中跃起的沙粒数量等于跌落的数量；当气流速度出现衰减时，气流的携沙能力下降，风沙流呈风积状态，即风沙流中跃起的沙粒小于跌落的数量，地面发生风积现象；当气流速度出现加强时，气流的携沙能力提高，风沙流呈风蚀状态，即风沙流中跃起的沙粒大于跌落的数量，地面发生风蚀现象。工程防沙就是利用沙障改变风沙流的状态来进行防沙的。

如果采用现有的沙障，即用普通挡风墙进行工程防沙时，风沙流途径挡风墙时，其速度重新分布，大致可分为三个区域：

1）减速区

形成部位：挡风墙迎风侧1.5H~3H，H为挡风墙高度。

形成原因：挡风墙的阻碍作用。

2）加速区

形成部位：挡风墙顶部0.1m~1m。

形成原因：过流断面减小，气流被压缩，速度得到加强。

3）紊流区

形成部位：挡风墙背风侧15H~20H.

形成原因：过流断面增大，气流发生分离，形成涡旋。

一般情况，减速区和紊流区属于气流速度衰减区，尤其是紊流区，气流速度衰减幅度可达70~85%。挡风墙一般设置在上风向路肩处，线路处于紊流区，当列车进入风区时，始终在紊流区运行，挡风墙的设置有效的解决了列车在风区被大风吹翻的难题。但在风力强劲的荒漠区，大风天气极易形成强风沙流，挡风墙虽然可以削弱背风侧紊流区的气流速度，但挡沙墙顶部存在气流加速区，部分沙粒会被加速气流搬运跃过挡沙墙进入紊流区，在重力作用和风力的作用下，沉积在线路上，由于积沙具有累积性，随着时间推移，积沙将会掩埋道床，威胁列车的安全运营。

与上述现有的挡风墙相比，使用本发明防风挡沙墙作为防风挡沙设施时：气流碰到该防风挡沙墙后，气流分为两部分（如图6），一部分气流跃过防风挡沙墙顶部（方向水平指向下风向，简称气流Ⅰ）；另一部分气流（简称气流Ⅱ），即聚风板2下方的水平气流遇到挡风板3的阻碍后，方向发生改变，气流Ⅱ将会沿着挡风板3竖直向上运动，进入聚风孔，且该气流Ⅱ经过聚风孔时，由于过流断面减小，气流被压缩，此时，聚风孔起到“狭管效应”，使进入聚风孔的上升气流的速度增大，从聚风孔上端喷出，对气流Ⅰ产生阻碍作用；使得气流Ⅰ和气流Ⅱ合成的合气流的速度出现衰减，如图7所示，此时，气流的携沙能力成倍下降，使得跃过防风挡沙墙的沙粒量减小，防沙效率提高。图7中的气流的风向水平向右，初始风速为50m/s，图7横坐标中距挡风墙顶部的水平距离负值指在迎风侧，正值在背风侧。

Claims (4)

1.一种聚风式防风挡沙墙，其特征在于，包括并排设置的两根立柱（1），两根立柱（1）之间设置聚风板（2）和挡风板（3），聚风板（2）和挡风板（3）之间有空隙，立柱（1）顶部、聚风板（2）顶部和挡风板（3）顶部相平齐，聚风板（2）下端面的位置高于挡风板（3）下端面的位置,聚风板本体（4）朝向挡风板（3）端面下端的中部加工有斜面（5）。

2.如权利要求1所述的聚风式防风挡沙墙，其特征在于，聚风板（2）朝向立柱（1）的两侧分别与两根立柱（1）相连接，挡风板（3）朝向立柱（1）的两侧分别与两根立柱（1）相连接。

3.如权利要求1或2所述的聚风式防风挡沙墙，其特征在于，所述的立柱（1）的一个侧壁上设有两条卡槽，立柱（1）通过该两条卡槽分别与聚风板（2）和挡风板（3）连接。

4.如权利要求3所述的聚风式防风挡沙墙，其特征在于，挡风板（3）下端面的位置高于立柱（1）下端面的位置。