高速公路波形梁护栏对风吹雪灾害的影响研究

作     者：魏佳北 WEI Jiabei

作者机构：中铁建苏州设计研究院有限公司江苏苏州215004 

出 版 物：《冰川冻土》 (Journal of Glaciology and Geocryology)

年 卷 期：2022年第44卷第6期

页      面：1887-1897页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0707[理学-海洋科学] 081401[工学-岩土工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0705[理学-地理学] 0815[工学-水利工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0706[理学-大气科学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目(2018-C54) 中国铁建投资集团有限公司京新高速科技研发项目(2018)资助 

主　　题：风吹雪 高速公路 波形梁护栏 模型试验 数值模拟 

摘      要：风吹雪是新疆道路交通典型的雪害形式之一,其对道路交通的影响主要体现在降低行车能见度和导致路面大量积雪造成交通中断。新疆地区道路沿线风吹雪灾害呈现出“点多线长面广且时空分布不均匀的特点,风吹雪涉及到风-雪-温度-湿度等多场耦合,是非常复杂的科学问题。同时,风吹雪灾害防治也是寒区道路交通基础设施建设和运营中亟需解决的实际问题。对于位于风吹雪多发地区的高速公路而言,由波形梁护栏引起的道路风吹雪灾害越来越突出,但目前尚缺乏对波形梁护栏这种高速公路附属设施加深风吹雪灾害的深入研究。针对上述现状,为探究其成因和防治方法,以新疆京新高速公路(G7)为工程背景,设计了波形梁护栏、缆索护栏和无护栏路堤的现场模型试验,并结合数值模拟及公路现场调研等方法,研究了高速公路波形梁护栏和缆索护栏对路面风吹雪灾害的影响,得出设置波形梁护栏和缆索护栏等的路堤路面上的风雪场分布规律。研究结果表明,风雪流从上风侧路堤坡脚处增速,到达设置在路面路肩处或中央分隔带处的波形梁处,通过波形梁护栏下部空隙运动至路面,波形梁护栏对近地面风场产生扰动,使得梁后出现弱风区,导致大量雪粒沉积。尤其当波形梁护栏下部空隙被雪填满后,波形梁后侧的路面积雪覆盖行车道,严重影响公路通行能力,而不设置护栏或者设置缆索护栏的地段有利于风雪流通过。考虑到未来气候变化的不确定性,为更好防范风吹雪对交通运营安全的影响,提出可将部分风吹雪灾害严重地段的波形梁护栏更换为符合高速公路安全要求的缆索护栏的初步建议,也可增设防雪栅、挡雪板及挡雪墙等其他防风雪措施。研究成果可为高速公路运营期间的除雪保畅工作及新疆风吹雪多发地区高速公路的建设提供有益借鉴。