沙漠地区公路边坡防护及防风

西部交通建设科技项目合同号:200131877206合同号:200131877206沙漠地区公路边坡防护及防风固沙技术研究报告内蒙古交通设计研究院2003年09月

项目研究报告辑要中文题名沙漠地区公路边坡防护及防风固沙技术研究英文题名StudyonWind-preventingandSand-fixingTechnologiesandProtectionofHighwayRoadbedSlopeinDesertRegion交通编号项目来源交通部单位编号70129384—6合同号2001-318—772-06分类号项目起止年限2001年6月-2003年12月第一完成单位内蒙古交通设计研究院项目负责人罗俊宝（高级工程师）报告撰写人罗俊宝谭敬（副研究员）田永祯阎德仁，谭敬项目主要参加人高青枝田永祯杨文斌，崔琳，王亚军，樊文颖，王宏宇，刘建军,张贵平吕贵民，李延华,杨福珍袁媛，曲国仲，阿腾格，，郑斌罗于洋，范忠，杨全胜，哈斯巴特主题词沙漠公路，边坡防护，固沙技术，关键词植物固沙,工程固沙，土工沙障，风洞试验，防沙体系摘要：我国沙漠面积广大，类型多样，风沙对公路的危害程度也不相同。随着国家西部开发进程的加快，中短期内沙漠地区大量的新建公路首先要解决的难题是如何防止公路被流沙埋压，确保公路的正常营运，因而迫切需要一套针对不同地区公路沙害的防风固沙技术来保证沙漠公路的畅通。本项目选定腾格里沙漠月亮湖公路、巴吉公路、浑善达克沙地G207K135-K169、科尔沁沙地G111K1030-K1033为试验路段，完成了工程固沙技术、植物固沙技术、封育技术、新材料、新技术应用、边坡防护技术、沙产业开发等试验研究内容，建立了适应于极端干旱区、干旱区、半干旱区、亚湿润干旱区的公路防沙体系，提出了相应的公路防风固沙模式。通过野外固沙及风洞模拟实验，重点研究、开发了具有自主知识产权的土工、化学材料固沙新技术，测定了不同种类、规格机械沙障的固沙效果。结果表明，土工沙障设置便捷，固沙阻沙效果明显，可和植物固沙结合使用。在总结分析以往公路防风固沙技术的基础上，针对机械沙障无法进行人工调控的缺陷，提出了土工材料防沙体系建立的可调控的理论，即“障随沙长、袋随沙高”的土工材料沙障固沙阻沙技术。将风积沙与土工材料有机结合用于固定流沙。该观点及技术对于今后公路防风固沙具有重要的实用和学术价值。Abstract:InChina,desertspossesshugeareas,diversifiedtypes,andtheirdamageextentstohighwaysaredifferent.Asthewest-exploitationprocessquickens,thefirstproblemofthenewlyconstructedhighwaysindesertareasishowtopreventthehighwaysfrombeingburiedbydriftsandtoensurethehighwaysregularoperation,soweimperativelywantasetoftechnologiesofwindbreakandsandfixationbeingdirectedagainstthedifferenthighwaystoguaranteethedeserthighwaysunimpeded.ThisprojectselectedYueliangLakehighwayofTenggerDesert,G207K135-K169ofHunshandakeSandland,G111K1030-K1033ofKerqingSandlandasexperimentalsections,accomplishedalargenumberofexperimentalresearchtechnologiesincludingengineeringsandfixation,plantsandfixation,close-hillside,applicationofnewtechnologiesandnewmaterials,borderslopeprotection,exploitationofsandproperty,establishedthehighwaysandfixationsystemsfittoareasasfollows:extremearid,arid,semi-arid,sub-humid,putforwardtherelevanthighwaywindbreakandsandfixationmodel.Bysandfixationtestintheopenairandwindtunnelsimulatingtest,wecenteredondevelopingakindofnewtechnologyusinggeotextilematerialandchemicalmaterialwithourownpropertyright,Simultaneouslydeterminedsandfixationresultofmechanicalsandbarrierwithdifferentkindsandsizes.Theresultshowsthatthegeotextilesandbarriersinstalleasily,theirsandfixationresultsareobvious,anditcanbecombinedwithplantsandfixation.Onthebasisofanalysisandsummaryofpasthighwaywindbreakandsandfixation,inviewofit’sdefectthatthemechanicalsandbreakisunabletobeadjustedmanually,weputforwardthedevelopmentviewpointofconstructingengineeringsandbreaksystem,thatiskindofgeotextilematerialsandbreaktechnologyof“Asandbarrierrisesasdriftsand,asackrisesasdriftsand”.anddriftsandareorganicallycombinedwitheachothertoapplytofixdriftsand.Theviewpointhasimportantpracticalandacademicalvaluetohighwaysandfixationinfuture.引言该项目是交通部西部交通建设科技项目《沙漠地区筑路成套技术研究》中的一个子项目，于2001年6月立项，8月6—7日完成可研报告的评审,12月和交通部签订项目合同，2002年5月6-7日项目研究大纲通过了由交通部组织的专家评审.2001年下半年对内蒙古、陕西、甘肃沙漠地区在建公路进行了全面调查，确定了腾格里沙漠月亮湖公路、S309K5+800—K6+500、穿越浑善达克沙地的G207国道K135—K169、通过科尔沁沙地的G111K1030—K1033为项目试验研究的依托工程及具体的试验路段，分别针对各试验路段沙害的危害程度的不同建立了相应的防沙体系。本项目重点开发研究了新型土工沙障、土壤凝结剂沙障固沙技术、已完成两种土工沙障了野外试验和室内风洞模拟试验，固沙效果十分突出，可广泛地用于公路、铁路、油田沙害防沙工程。通过理论分析与固沙工程验证，结合风洞实验，提出了工程防沙体系可调空的动态思想。1项目研究目的意义我国沙漠、特别是沙漠腹地主要以公路运输为主。因此，公路的畅通与否直接关系到地区资源开发、生态建设以及经济能否实现可持续发展。随着开发进程的加快，中短期内在沙漠地区将建大量的中高级公路。而现实情况是：严重的风沙危害使得大部分沙漠公路不能正常营运，风沙经常移动上路，轻则降低行车速度，重则完全中断交通，车辆机械磨损加快，寿命缩短，大量的路面积沙需人工和机械清除，增加了养护部们的管理成本。由此来看，在沙漠地区，公路建设必须建立配套的防沙体系，保证沙漠地区经济发展的大动脉一一公路的通行无阻是非常重要的.2国内外研究概况2.1国内研究概况我国开展公路沙害防治研究始于六十年代初，主要研究区域集中在公路沙害比较严重的内蒙古和新疆。早期的研究侧重于工程固沙方面，内蒙古交通设计研究院针对工程措施效益单一的缺陷，在109国道杭锦旗境内沙害最为严重的K901-K906段开展为期三年的以“植物固沙为主,工程固沙为辅"的防沙体系建立研究，系统地研究了工程措施在路域植被恢复中的作用，取得了十分显著的成效。“九五”期间，该成果被交通部列为重点新技术在内蒙古地区大面积推广应用，2003年荣获内蒙古自治区科技进步二等奖。2.2国外研究概况国外最早开始公路沙害防治的国家是前苏联的土库曼共和国，主要的固沙方法是设置机械沙障，种植沙生植物，喷洒乳化沥青。中东国家石油资源比较丰富，治理公路沙害主要用石油副产品沥青固定流沙。目前，在土工材料固沙技术方面的研究几乎处于空白，即使有一些研究，其深度也十分有限。因此，本项目重点研究了土工材料固沙技术，并获得了初步的成效。3主要研究内容及实施方案3。1研究内容3.1。1不同沙漠类型区公路边坡防护及防风固沙体系建立的研究3。1.2干旱区公路防沙体系的建立3。1。3土工合成材料固沙技术研究3。 1。4化学材料（土壤凝结剂）固沙技术研究4关键技术4。 1土工合成材料固沙技术本项目通过室内风洞模拟实验、试验路固沙工程验证，开发了具有自主知识产权的土工材料固沙技术，该技术可根据风沙危害的动态变化，及时调整防沙体系各个单元的布局,克服了以往被动式防沙措施。把新型土工材料固沙技术的开发、研究、工程验证与理论探讨紧密地结合在一起，在公路防风固沙技术及防沙体系建立的基础理论研究方面有重大突破与创新。4。2化学材料（土壤凝结剂）固沙技术采用这种方法设置的沙障把固化剂的隔离作用和改变下垫面性质的作用合二为一，协同发挥隔离与增加地表粗糙度的作用。4。3干旱区公路沙害防治技术采取封育和人工植被建设、工程措施和植物技术结合的综合技术,以乡土树种为主体，乔灌草合理配置，带、片结合，构建了立体、多结构的综合公路防护体系.人工造林成活率90%左右，项目区植被覆盖率提高到30%-60%，公路沙害降低了94.7%.4。 4公路沙害治理与沙产业开发技术沙产业开发研究开创了公路沙害防治实践的先例，实现了植被建设的生态效益、经济效益和社会效益进行有机结合，为公路植物防护建设的后期管理增加了后劲。5试验与分析5。 1试验路概况o1G111国道研究地位于位于兴安盟科右中旗，巴彦呼舒镇至高力板镇111国道K1030—1033公里的流动、半流动沙丘地带。植被平均覆盖度为11%，其中流动沙地为0-3%，半国定沙地为4—15%，固定沙地为16—25%。5o1o2G207国道研究地位于207国道K135至K169之间。本区属温带半干旱大陆性气候.路侧既有流动沙丘，又有半固定沙丘、固定沙地和丘间低地。5。1。3腾格里沙漠月亮湖公路研究地位于腾格里沙漠、阿拉善左旗和阿拉善右旗东南边缘。本区属温带大陆性干旱气候。沙丘高度5—10米，丘间低地地形比较平坦。绝大多部分地段全部是裸露的流动沙丘。公路沙害类型以风沙流侵袭与沙丘整体前移埋压公路为主要形式。5・1・4研究区立地类型划分项目区的立地类型可划分为四类，即固定沙地，半固定沙地，流动沙地和丘间地。定沙地和流动沙地之间,适合采取封育、人工造林等措施恢复植被。5。2研究结果与分析5・2.1沙产业开发技术与效益分析（1）麻黄育苗、经营技术近年来，随着麻黄在国际市场上的走俏，天然麻黄价格不断上涨，对其大量的不合理采割，使有限的资源面积、质量急剧下降。为此，我们通过多年的实践，摸索出一套人工

沙地种植麻黄技术。表5—7封育区不同树种的人工造林效果树种苗木规格栽植方式成活（苗）率％高生长cm杨树二根二干深坑、浸根、座水98樟子松3年生裸根、靠壁栽植，容器苗造林97枸杞1年播种苗深坑、浸根、座水97山杏1年播种苗深坑、浸根、座水80沙棘1年播种苗深坑、浸根、座水99白榆1年播种苗深坑、浸根、座水82果树1年嫁接苗深坑、浸根、座水100新疆杨二根二干深坑、浸根、座水99麻黄播种造林穴播81甘草播种育苗沟播95麻黄播种育苗条播84侧柏播种育苗床式条播96锦鸡儿播种造林穴播89在沙区大面积种植推广人工麻黄，增加了植被盖度，改善了沙区环境，形成新的动植物群丛，发挥了较大的生态效益.起到了防风固沙、改变沙产业结构。发展沙区经济的应用作用；同时，缓解了对麻黄资源的需求量，使天然麻黄的生长发育受到有效的保护.从而改变了沙区单一农业生产结构，拓宽了农牧民脱贫致富的路子。（2）甘草种植技术甘草（GlycyzzhizauralenSisshexDC.）属多年生豆科草本植物，以根入药，根茎富含甘草甜素。甘草性平、味甘，具有缓中补虚，素称中医药之王。根据市场需要，应有步骤地恢复和建设甘草生产商品基地，一是要保护野生甘草资源、促进甘草抚育更新、永续利用；二是要积极发展甘草速生栽培、变野生为家植，提高甘草质量增加产量。⑶沙产业效益分析结合沙地公路沙害治理，项目区2002年种植油菜32。5亩，产菜籽3110斤，产值4515元，投入产出比为1：2。8；种植紫花苜蓿已开始开花结籽；种植27亩沙打旺所产鲜草可满足15只羊半舍饲一年。特别是种植的果树、麻黄、甘草、山杏等2—4年后，年收入可达18万元，初步预算达产后5—8年,不但可收回项目研究投资，也可继续创收和发挥防风治沙等生态效益。根据我们的经营实际和测算，公路沙害生物治理中沙产业开发利用的植物投入产出见表5—9.表5-9沙产业种植植物投入产出效益 （单位：元/年。亩）植物整地种苗种植抚育管理基础设施投入合计产量单价收入产出效益沙棘1。51。82。0323067。31102.02201:3。3大果沙棘1。00.81。5252856。32000.51001：1。8麻黄1o025.52o5233082.04000.3120o0果树1.542453587.510000.6600.0锦鸡0.50.60.5302859o6705o03501:2o41:6o91：5.95o2.2工程固沙技术土工编织袋沙障：利用新型抗老化土工布制成规格为宽15cm、20cm,长2m的土工编织袋沙障，采用就地装流沙的方法，平铺沙面形成1X1、1o5X1.5的方格沙障.土工编织袋阻沙墙:利用新型抗老化土工布制成规格为宽40cm、50cm,长2m的土工布袋，采用就地装流沙的方法，在治理区外围高大沙丘的沙脊线上直立摆放形成高立式沙障阻沙，总长度600米.工程固沙技术结果与效益分析由表5—24可以看出：土工方格沙障降低风速率最大,地表粗糙度也最高。而麦草草方格沙障、人工林和土工编织袋格状沙障、高立式沙障、化学结皮沙障的防风效果基本一致。因此在选择防护措施时，应着重考虑各种措施的经济成本。表5—24工程措施防风固沙效果项目沙障名称风速降低率(%)(m/0)备注

流沙0%0。023草方格沙障53.5%7。63土工方格1X1m64。7%24.92X2m64%20.9土工编织袋沙障阻沙墙43.1%5。2(1X1)38。3%3。228(1.5X1.5)25.8%1.536土壤凝结剂沙障结皮沙障（1X1）19。35%1.309全面14。2%0。0914为各措施的平均风速降低率和粗糙度表5—25几种工程措施的经济成本的对比分析表单位：元/亩项目

名称*.••••..草方格沙障土工方格沙障

土工编织袋沙障凝结剂沙障单价

(含运费)70030001800项目

名称*.••••..草方格沙障土工方格沙障

土工编织袋沙障凝结剂沙障单价

(含运费)700300018001800人工费70407080维护费15303020使用年限总造价1-2105—103—44000370021401900年平均成本

元/亩400370214470（2）土工方格沙障对风速及粗糙度的影响土工方格沙障布设于流动沙丘下部及平坦覆沙地，经过一年的观测，其风蚀沙埋程度及粗糙度（表5—28）。表5—28不同规格土工方格粗糙度对比表规格V20V05粗糙度1X13.56。1.05—25o741.5X1。53。371.3020。922X23。261.34195。2。3植物固沙技术（1） 树种选择与配置乔木树种配置：在路基两侧平坦覆沙地上进行,带状栽植以两行为一带，株行距为1.5X1。5m,空带留3m.块状栽植以株行距为1.5X1.5m栽植。灌木林配置：2行柠条+2行梭梭+2行沙拐枣混交林；2行花棒+2行梭梭+2行柠条混交林;2行沙拐枣+2行梭梭+2行花棒混交林。（2） 植被恢复成效调查与分析1）不同立地条件、沙丘不同部位固沙植物的成活和生长状况在丘间低地和沙丘迎风坡设置沙柳、花棒、沙拐枣、梭梭四个供试品种对比试验，对植株新梢生长量、冠幅、高生长、成活率、保存率各项指标进行调查，其结果见表5-31。

表5-31不同立地类型固沙植物生长差异植物种立地类型土壤含水率%成活率%翌年保存率%新稍cm冠幅cmXcm高cm沙柳丘间低地26。733762.08466X6684迎风坡3.692330。45644X2161花棒丘间低地26.73769798102X67105迎风坡3.697998.79484X9694沙拐枣丘间低地26.738899177138X137177迎风坡3.698695.3111106X99111梭梭丘间低地26。737694。75154X6080迎风坡3.6978924338X3754表5—32^丘各部位混交植物^长状况表沙丘部位植物种平均株高cm新梢生长量cm冠幅cm株行距m花棒落沙坡脚838280X791X2迎风坡767761X682X2坡顶747978X542X2沙拐枣落沙坡脚162158129X1361X2迎风坡808490X882X2破顶139143114X1202X2梭梭落沙破脚474359X531X2迎风坡262427X182X2坡顶403851X432X2从生长状况看，凡是在落沙坡脚和丘间低地的植物生长良好，在迎风坡部位的植物生长较差。但不同植物种也有差异，花棒在丘间低地比迎风坡新梢生长量高出4。1%,而沙拐枣、沙柳、梭梭、新梢生长量则高出迎风坡37.3%、33.3%

和15.7%，其它如冠幅、高度也相应存在较大差异.2）不同固沙植物种之间的成活和生长状况表5—33十二种不同固沙植物生长状况表植物种新梢生长量cm冠幅cmXcm植株高cm成活率％翌年保存率％新疆杨136124X1093009177。5垂柳98152X1162309454.6章河柳132152X1262458445。2国槐138162榆9490X1022608892沙枣4648X569288/沙拐枣177138X1371778898花棒98102X671057697柠条4635X32739296.7梭梭5154X60807697.4沙柳8466X61843781.1柽柳8046X5211687100注:章河柳大部分抽干后由根部萌发，沙枣冬季地上部全部被野兔啃食后萌发（3）植被恢复成效及防风固沙效益分析公路两侧固沙林带的作用主要是防止风沙流动及其危害，为此，在项目区治理段选择了不同树种配置，进行人工防护林建设成效及防风固沙效果观测对比分析，具体结果见（表5-37）表5-37人工防护林不同粗糙度、输沙量与流沙地对比观测表、\观测点项目流沙地人工种植带公路边坡覆盖度10%覆盖度18%覆盖度25%V2（m/s）7.308。108.205。856.85V（m/s）6。506.756。954.375.95 0.5 Z（cm）0。0015670.20460。44161.180.02061 （_; q（g/cm。m）1.8530.2640.1790。0800。118各点q值与流沙q之比100%14。25%9。66%4.32%6。37%注:积沙高度取0—20cm,V2和Vo。5分别为2m和0.5m高处风速多次平均值（4）封育措施植被恢复成效及防风固沙效果对天然植被进行封育，既不影响天然植被的正常生长发育，又大大缩小了造林地面积，这样做可迅速提高各种类植物对地表的覆盖面积，用少量的投资和较短的时间便能达到比较好的防护效果。具体结果见（表5-38、5-39、5—40）。表5-38封育区内外白刺生长状况调查表X项类型、盖度％平均株高cm平均冠幅m2当年生枝条长度cm5月30日9月10日封育区18。9339.54715.824对照区17。222.134.513。216。5增加数1.7317。412.52。67.5

表5-39封育区内外植物种及密度调查统计表类另U封育区对照区灌1木白刺白刺草原有种苦豆子、芨芨草、马蔺、骆驼蓬、沙米、沙竹、拂子茅、针茅、芦苇共9种苦豆子、芨芨草、马蔺芦苇、骆驼蓬、沙米、沙竹、拂子茅、针茅共9种本新增种鹤虱、虫实、画眉草、阿拉善单刺蓬、碱蓬、狗尾草、狐尾草、披针叶黄花、糙苏草、沙芥、白茎盐生草、沙葱、雾沙藜新增加13种小计22种共9种植株密度46株/m218株/m2注:调查时间为2002白刺地采用围栏封育、人工促进更新技术后，改善了白刺群落植物生长发育的环境条件，促进了白刺群落植物的生长和种类的增加，扩大了植被盖度，降低了输沙能力。5.2.4公路综合治理技术效果调查公路沙害防护体系建立起来后，检验其成功与否的标准就是防护效益。为此，我们于2002年3月份（治理前），2003年5月份（治理1年后）沿公路路面进行了沙害状况调查，其结果见表5—41表5-41公路路面积沙状况调查统计表\危害程度危害类型'\治理前（2002.3）治理后（2003。5）危害长度m危害面积m2积沙量m3危害长度m危害面积m2积沙量m3沙丘前移296522。8639.43440.817。5路面积沙7392364.8827。752114.419.5合计10352897。61467.186155.237从调查对比结果看:治理前1.6km路段沙害长度达到1。035km，占整个路段的64。7%,治理一年后沙害长度减少了59.3%,仅0。086Km，占整个路段的5。4%;治理前危害面积达2896。7m2,治理一年后沙害面积减少了94.7%，仅有155。2m2；积沙量治理前为1467.1m3,治理一年后减少了97。5%,说明防护体系是成功的。这是由于机械沙障及障内植被削弱了风速，减少了输沙量的结果.5。2.5土工编织袋沙障风洞模拟实验土工编织袋沙障可分为有鳍和无鳍两种,在编织袋内装满沙，其直径分别为5cm、10cm，沙障方向与风向成90°、60°和30°.在7m/s、15m/s、20m/s测量风速下进行观测。(1)测定方法实验在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所室内中型环境风洞中进行。洞体全长37.78m，由吸气段、稳流段、收缩段、实验段和扩散段五部分组成。实验段长16。23m。(2)实验结果与分析有鳍与无鳍沙障的风速流场的特征由图5—5、图5-6可以看出，有鳍与无鳍沙障风速流

场的共同特征是在迎风侧35H处开始出现弱风区，弱风区的范围是0—35H之间。无鳍沙障的风速升高区的高度在10cm处，而有鳍沙障的风速升高区在15cm处。沙障顶部风速升高到160%左右，在背风侧，两种沙障同时出现弱风区.不同点是无鳍沙障在下风侧55H处就基本恢复了原风速，而有鳍沙障仍然处于弱风区，从风速等值线图可以看出;在无鳍沙障的背风侧，气流基本处于层流状态，风速等值线紧密而施展，有鳍沙障从鳍开始，风速等值线由紧密逐步趋于发散,这是由于在鳍的扰动下；气流的紊流强度、紊动量、紊动尺度都有了显著的增加，由此造成有鳍沙障弱风区的范围远远大于无鳍沙障，尤其是在背风侧。鳍的扰动作用耗散了风的动能，提高了地表以上静风层的厚度，所以有鳍沙障的防风效果明显优于无鳍沙障.风向10H5Ho◎ °10H5Ho◎ °mo3HO O1H0'OO1H3H5H皮托管布置图例055-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105无鳍沙障高10cm,90度角，风速20m/s时的流场图图5-6-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,90度角，风速20m/s时的流场图图5—7有鳍与无鳍沙障的风速流场图5—8各测点风速与实验风速的比值（12号差压）

2）不同风速对风速流场的影响由图5-8、图5-9、图5—10及图5—11可以看出，有鳍沙障在不同风速时的流场特征基本一致，在沙障的迎风侧，随着风速的增大，最小风速所能达到的高度越来越低,以风速为4m/s的等值线为例；当实验风速是7m/s时，其距地表的最低点大约是2.5cm，当风速是15m/s时，最低点不足1cm，风速是20m/s时,4m/s风速等值线以完全消失了.从鳍开始，随着风速的加大，风速等值线的发散程度越来越小，这是由于鳍对风速的扰动作用有一定的量值，其扰动作用不能随着风力的增强而同步地加大。风向―3530252010$5-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,90度角,风速7m/s时的流场图图5—9风向"*353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,90度角，风速15m/s时的流场图图5—10353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm，90度角，风速20m/s时的流场图图5—11有鳍沙障的不同风速的风速流场2001807m/s15m/s20m/s100160140120图5-12各测点风速与实验风速的比值（12号差压）3）不同风向对风速流场的影响从图5—12可以看出；沙障和风向呈30时，在背风侧大约10H处，风速即可恢复到实验风速，弱风区的范围很小，这就是为什么在设置沙障时和主风向垂直的道理。随着角度的增大，弱风区的范围越来越大,沙障的防风效益也越来越大。-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,30度角，风速20m/s时的流场图图5-13353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm， 60度角，风速20m/s时的流场图图5-14

3025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,903025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,90度角，风速20m/s时的流场图图5—15有鳍沙障的不同风向的风速流场4）不同沙障高度对风速流场的影响有鳍沙障高5cm，的流场图90度角，风速20m/s时有鳍沙障高5cm，的流场图图5-17

-%5-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鳍沙障高10cm,90度角，风速20m/s时的流场图18016014012010080604020180160140120100806040200图5-19各测点风速与旷野风速的比值（12号差压）不同高度的有鳍沙障流场特征基本相同，但在迎风侧，障高为5cm的有鳍沙障在O"处风速达到旷野风速的150%,易于造成迎风侧的风蚀。10cm高的沙障在O”处风速降低到旷野风速的36%，无风蚀，有利于发挥防风固沙效益.高度不同、静风层的厚度也不同，防沙效能也不同。小结有鳍沙障由于鳍对风有强烈的扰动作用，障后弱风区的范围大，降低风速的作用明显，防风固沙作用优于无鳍沙障。沙障和主风向的夹角对沙障的防护效益有明显的影响，角度越小、弱风区的范围越小，沙障的防护效益也就越小。高度不同、静风层的厚度也不同,防沙效能也不5。2。6土壤凝结剂沙障风洞模拟实验研究土壤凝结剂是一种强力聚合物，具有独特的渗透，填塞效果，内含网状交叉的聚合物链，能在颗粒性物质之间形成网络结构，增加颗粒之间的凝聚力，形成表面结皮，从而达到固沙、防尘与防水土流失的目的。土壤凝结剂是一种环保产品，无毒性，没有可燃性，不污染地下水，不扰乱植物的正常生长，也不会影响土壤的酸碱度。(1)试验结果1)直剪试验结果

从表5-42中看出，在自然浸透和固结压实条件下，随着固沙剂用量的增加，沙土的凝聚力和内摩擦角度都在增加，说明沙土抗风蚀能力得到显著的提高。表5-42直剪试验结果制样方法试验方法固沙剂含量(%)单位正压力(kPa)凝聚力(kPa)内摩擦角()50100200300自然浸透快剪0.8mm/min20%密度(g/cm3)1。6681.7011。6591.707185.6541.07抗剪力(kPa)206。6318.0327.2458。030%密度(g/cm3)1.7111.7031。7251。785219.4843。93抗剪力(kPa)268。9302。1436.3496。640%密度(g/cm3)1。6741。6261。7151。621281.3143。44抗剪力(kPa)309.5385.4499.9545。9固沙剂与沙拌和，固结压实快剪0.8mm/min20%密度(g/cm3)1.5821.5641.5851.58387.0739。07抗剪力(kPa)122。5159.2280。5313。8密度(g/cm3)1。6061.6181.6161。61599。5132.30抗剪力(kPa)115。2174.7241.7277。330%密度(g/cm3)1.6991.6351.6271.643204.045。71抗剪力(kPa)266。5307。7379.0529.5密度(g/cm3)1.5711.5931.6051。599147.1143。96抗剪力(kPa)175.4277.2323.5440.040%密度(g/cm3)1。6331.6201.6301.643264。3343。09抗剪力(kPa)328。7336。9449.4550。4密度(g/cm3)1。6801。6741.6501.659204.7339.85抗剪力(kPa)221.1321。9367。7450.8

表5-43无侧限抗压强度试验固沙剂含量(%)制样方法试样密度无侧限抗压强度(kPa)20%固结压实1.60758530%1。618796。840%1。582959。720%自然浸透1。59374830%1.632854.140%1.52610022)沙盘风洞吹蚀结果风速为24m/s时不同浓度沙障积沙量(g)—20%-•-30%-*^40%图5-23通过观测模型沙盘在24m/s风速下得积沙量，从而确定沙障的抗风蚀能力。从图5-22看出,40%的固沙剂用量处理，沙土基本没有风蚀或积沙现象，20%处理基本处于积沙的过程，而30%处理则介与两者之间。3）不同规格沙障的积沙量图5—25oooO321/沙积S图5—25oooO321/沙积S20图5—26由图5-23、5-24、5—25,50土壤凝结剂沙障积沙量最大。图5—27在角度为30度的坡面上,相同风速下，15X15cm的沙障积沙量最大(图5-26)。图5-28图5-295.2.6公路边坡防护研究5。2.6.1研究内容(1)对不同防护材料、不同坡降比及对照段的风蚀、水蚀深度，面积进行调查。(2)对不同防护材料、不同坡降比及对照段的坡角积沙宽度，积沙厚度，坡面、坡角的植被种类、盖度进行调查。

（3）对不同防护材料、不同坡降比及对照段的路基断面，进行风速变化和粗糙度的观测。（4）选择典型风沙地段开展路两侧风速流场变化观测.5.2.6。2结果与分析（1）不同路基高度、不同边坡长度风速流场变化不同路基高度、不同边坡长度风速流场变化测定结果见表5-56项目B杆C杆D杆E杆X轴（杆距）003.13.15.625。627。547.54Y轴（高程）20。52.81。33。451。9542.5Z轴（风速）5.53。615。964。676。615。967.346.93表5—56 （路东：坡长8m、路基高2m 路西：坡长7・6m、路基高1・9m）7.200.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00图5—0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00图5—31边坡长度风速流场变化6.005.404.804.203.60

9.007.506.004.509.007.506.004.50图5-33边坡长度风速流场变化

表5—59（路东：坡长11。8m、路基高2。9m路西：坡长10m、路基高：2。5m）7.006.005.004.003.002.001.000.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.006.606.007.006.005.004.003.002.001.000.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.006.606.005.404.804.203.60项目B杆C 杆D 杆E 杆X轴（杆距）004。654.658.528。5210。2210.22Y轴（高程）20.53。21.74。22。77。96.4Z轴（风速）6。013。955.743。995。564。186。515。28图5-34边坡长度风速流场变化表5-60（路东：坡长10m、路基高1.5m 路西：坡长13。5m、路基高：4m）000.50图5—35边坡长度风速流场变化000.50图5—35边坡长度风速流场变化项BCDED'CB'A'X006。296.299.789。7812.212.219。219.224。424。431.3731.3744。44。Y20。53.632。134。533.035.153。655.153.655.153.653.582。084444Z6。034.186。415。016。325.827。187。16.926。547.447.124。263.820.53。662。48在坡脚，流体由于发生滞止、减速和抬升，在坡脚左右形成一个低速分离区，风沙流首先在此部分沉积，过了坡脚，由于流体爬坡、附体，速度很快升高.所以我们可以看出，风速的变化整体受路基影响较为明显，风速在坡脚处（B杆）最低，随着边坡的升高，各杆的高程也在逐渐升高，风速值也随其正比增长.到了路肩处（E杆）风速达到最大。因此在沙区公路迎风侧，同等大小的风速下，风速的大小与高程有关.总之，由以上分析我们可得出：在一断面内，坡脚的风速低于路肩的风速;迎风侧路肩的风速小于背风侧路肩的风速；迎风坡的风速比背风坡的风速大很多；风速的大小与高程的高低有关；迎风侧坡脚处若有阻挡物，易形成涡旋。6、 项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景通过两年的研究，各项目区公路两侧的防护体系发挥了明显的生态作用，有效的控制了公路沙害对交通的影响。本项目研究内容丰富，研究区的自然地理条件跨度大，并在不同沙漠地区建立了相应的公路防护体系，同时，对公路防护的共性技术进行了合理的配套和应用基础研究，研究成果可以在我国沙漠地区的公路防护建设中进行推广.通过沙漠公路生物防护体系的建立，每年节省公路清淤、边坡养护维修等费用十分巨大。同时，保障行车安全,确保交通命脉的畅通，促进地区经济的发展，其效益更加可观.7、 结束语本项目在亚湿润干旱区、半干旱区、干旱区、极端干旱区分别建立了针对不同公路沙害的公路防沙体系，并据此总结出适于以上地区的公路沙害治理模式.通过两年的实施，初步研究出地区沙丘运动规律、土壤水分动态变化；分析总结出围栏封育对植被的影响，采取机械固沙措施后植