西部交通建設科技項目合同號:200131877206合同號:200131877206沙漠地區公路邊坡防護及防風固沙技術研究報告內蒙古交通設計研究院2003年09月

項目研究報告輯要中文題名沙漠地區公路邊坡防護及防風固沙技術研究英文題名StudyonWind-preventingandSand-fixingTechnologiesandProtectionofHighwayRoadbedSlopeinDesertRegion交通編號項目來源交通部單位編號70129384—6合同號2001-318—772-06分類號項目起止年限2001年6月-2003年12月第一完成單位內蒙古交通設計研究院項目負責人羅俊寶（高級工程師）報告撰寫人羅俊寶譚敬（副研究員）田永禎閻德仁，譚敬項目主要參加人高青枝田永禎楊文斌，崔琳，王亞軍，樊文穎，王宏宇，劉建軍,張貴平呂貴民，李延華,楊福珍袁媛，曲國仲，阿騰格，，鄭斌羅于洋，范忠，楊全勝，哈斯巴特主題詞沙漠公路，邊坡防護，固沙技術，關鍵詞植物固沙,工程固沙，土工沙障，風洞試驗，防沙體系摘要：我國沙漠面積廣大，類型多樣，風沙對公路的危害程度也不相同。隨著國家西部開發進程的加快，中短期內沙漠地區大量的新建公路首先要解決的難題是如何防止公路被流沙埋壓，確保公路的正常營運，因而迫切需要一套針對不同地區公路沙害的防風固沙技術來保證沙漠公路的暢通。本項目選定騰格里沙漠月亮湖公路、巴吉公路、渾善達克沙地G207K135-K169、科爾沁沙地G111K1030-K1033為試驗路段，完成了工程固沙技術、植物固沙技術、封育技術、新材料、新技術應用、邊坡防護技術、沙產業開發等試驗研究內容，建立了適應于極端干旱區、干旱區、半干旱區、亞濕潤干旱區的公路防沙體系，提出了相應的公路防風固沙模式。通過野外固沙及風洞模擬實驗，重點研究、開發了具有自主知識產權的土工、化學材料固沙新技術，測定了不同種類、規格機械沙障的固沙效果。結果表明，土工沙障設置便捷，固沙阻沙效果明顯，可和植物固沙結合使用。在總結分析以往公路防風固沙技術的基礎上，針對機械沙障無法進行人工調控的缺陷，提出了土工材料防沙體系建立的可調控的理論，即“障隨沙長、袋隨沙高”的土工材料沙障固沙阻沙技術。將風積沙與土工材料有機結合用于固定流沙。該觀點及技術對于今后公路防風固沙具有重要的實用和學術價值。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.引言該項目是交通部西部交通建設科技項目《沙漠地區筑路成套技術研究》中的一個子項目，于2001年6月立項，8月6—7日完成可研報告的評審,12月和交通部簽訂項目合同，2002年5月6-7日項目研究大綱通過了由交通部組織的專家評審.2001年下半年對內蒙古、陜西、甘肅沙漠地區在建公路進行了全面調查，確定了騰格里沙漠月亮湖公路、S309K5+800—K6+500、穿越渾善達克沙地的G207國道K135—K169、通過科爾沁沙地的G111K1030—K1033為項目試驗研究的依托工程及具體的試驗路段，分別針對各試驗路段沙害的危害程度的不同建立了相應的防沙體系。本項目重點開發研究了新型土工沙障、土壤凝結劑沙障固沙技術、已完成兩種土工沙障了野外試驗和室內風洞模擬試驗，固沙效果十分突出，可廣泛地用于公路、鐵路、油田沙害防沙工程。通過理論分析與固沙工程驗證，結合風洞實驗，提出了工程防沙體系可調空的動態思想。1項目研究目的意義我國沙漠、特別是沙漠腹地主要以公路運輸為主。因此，公路的暢通與否直接關系到地區資源開發、生態建設以及經濟能否實現可持續發展。隨著開發進程的加快，中短期內在沙漠地區將建大量的中高級公路。而現實情況是：嚴重的風沙危害使得大部分沙漠公路不能正常營運，風沙經常移動上路，輕則降低行車速度，重則完全中斷交通，車輛機械磨損加快，壽命縮短，大量的路面積沙需人工和機械清除，增加了養護部們的管理成本。由此來看，在沙漠地區，公路建設必須建立配套的防沙體系，保證沙漠地區經濟發展的大動脈一一公路的通行無阻是非常重要的.2國內外研究概況2.1國內研究概況我國開展公路沙害防治研究始于六十年代初，主要研究區域集中在公路沙害比較嚴重的內蒙古和新疆。早期的研究側重于工程固沙方面，內蒙古交通設計研究院針對工程措施效益單一的缺陷，在109國道杭錦旗境內沙害最為嚴重的K901-K906段開展為期三年的以“植物固沙為主,工程固沙為輔"的防沙體系建立研究，系統地研究了工程措施在路域植被恢復中的作用，取得了十分顯著的成效。“九五”期間，該成果被交通部列為重點新技術在內蒙古地區大面積推廣應用，2003年榮獲內蒙古自治區科技進步二等獎。2.2國外研究概況國外最早開始公路沙害防治的國家是前蘇聯的土庫曼共和國，主要的固沙方法是設置機械沙障，種植沙生植物，噴灑乳化瀝青。中東國家石油資源比較豐富，治理公路沙害主要用石油副產品瀝青固定流沙。目前，在土工材料固沙技術方面的研究幾乎處于空白，即使有一些研究，其深度也十分有限。因此，本項目重點研究了土工材料固沙技術，并獲得了初步的成效。3主要研究內容及實施方案3。1研究內容3.1。1不同沙漠類型區公路邊坡防護及防風固沙體系建立的研究3。1.2干旱區公路防沙體系的建立3。1。3土工合成材料固沙技術研究3。 1。4化學材料（土壤凝結劑）固沙技術研究4關鍵技術4。 1土工合成材料固沙技術本項目通過室內風洞模擬實驗、試驗路固沙工程驗證，開發了具有自主知識產權的土工材料固沙技術，該技術可根據風沙危害的動態變化，及時調整防沙體系各個單元的布局,克服了以往被動式防沙措施。把新型土工材料固沙技術的開發、研究、工程驗證與理論探討緊密地結合在一起，在公路防風固沙技術及防沙體系建立的基礎理論研究方面有重大突破與創新。4。2化學材料（土壤凝結劑）固沙技術采用這種方法設置的沙障把固化劑的隔離作用和改變下墊面性質的作用合二為一，協同發揮隔離與增加地表粗糙度的作用。4。3干旱區公路沙害防治技術采取封育和人工植被建設、工程措施和植物技術結合的綜合技術,以鄉土樹種為主體，喬灌草合理配置，帶、片結合，構建了立體、多結構的綜合公路防護體系.人工造林成活率90%左右，項目區植被覆蓋率提高到30%-60%，公路沙害降低了94.7%.4。 4公路沙害治理與沙產業開發技術沙產業開發研究開創了公路沙害防治實踐的先例，實現了植被建設的生態效益、經濟效益和社會效益進行有機結合，為公路植物防護建設的后期管理增加了后勁。5試驗與分析5。 1試驗路概況o1G111國道研究地位于位于興安盟科右中旗，巴彥呼舒鎮至高力板鎮111國道K1030—1033公里的流動、半流動沙丘地帶。植被平均覆蓋度為11%，其中流動沙地為0-3%，半國定沙地為4—15%，固定沙地為16—25%。5o1o2G207國道研究地位于207國道K135至K169之間。本區屬溫帶半干旱大陸性氣候.路側既有流動沙丘，又有半固定沙丘、固定沙地和丘間低地。5。1。3騰格里沙漠月亮湖公路研究地位于騰格里沙漠、阿拉善左旗和阿拉善右旗東南邊緣。本區屬溫帶大陸性干旱氣候。沙丘高度5—10米，丘間低地地形比較平坦。絕大多部分地段全部是裸露的流動沙丘。公路沙害類型以風沙流侵襲與沙丘整體前移埋壓公路為主要形式。5?1?4研究區立地類型劃分項目區的立地類型可劃分為四類，即固定沙地，半固定沙地，流動沙地和丘間地。定沙地和流動沙地之間,適合采取封育、人工造林等措施恢復植被。5。2研究結果與分析5?2.1沙產業開發技術與效益分析（1）麻黃育苗、經營技術近年來，隨著麻黃在國際市場上的走俏，天然麻黃價格不斷上漲，對其大量的不合理采割，使有限的資源面積、質量急劇下降。為此，我們通過多年的實踐，摸索出一套人工

沙地種植麻黃技術。表5—7封育區不同樹種的人工造林效果樹種苗木規格栽植方式成活（苗）率％高生長cm楊樹二根二干深坑、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年播種苗深坑、浸根、座水97山杏1年播種苗深坑、浸根、座水80沙棘1年播種苗深坑、浸根、座水99白榆1年播種苗深坑、浸根、座水82果樹1年嫁接苗深坑、浸根、座水100新疆楊二根二干深坑、浸根、座水99麻黃播種造林穴播81甘草播種育苗溝播95麻黃播種育苗條播84側柏播種育苗床式條播96錦雞兒播種造林穴播89在沙區大面積種植推廣人工麻黃，增加了植被蓋度，改善了沙區環境，形成新的動植物群叢，發揮了較大的生態效益.起到了防風固沙、改變沙產業結構。發展沙區經濟的應用作用；同時，緩解了對麻黃資源的需求量，使天然麻黃的生長發育受到有效的保護.從而改變了沙區單一農業生產結構，拓寬了農牧民脫貧致富的路子。（2）甘草種植技術甘草（GlycyzzhizauralenSisshexDC.）屬多年生豆科草本植物，以根入藥，根莖富含甘草甜素。甘草性平、味甘，具有緩中補虛，素稱中醫藥之王。根據市場需要，應有步驟地恢復和建設甘草生產商品基地，一是要保護野生甘草資源、促進甘草撫育更新、永續利用；二是要積極發展甘草速生栽培、變野生為家植，提高甘草質量增加產量。⑶沙產業效益分析結合沙地公路沙害治理，項目區2002年種植油菜32。5畝，產菜籽3110斤，產值4515元，投入產出比為1：2。8；種植紫花苜蓿已開始開花結籽；種植27畝沙打旺所產鮮草可滿足15只羊半舍飼一年。特別是種植的果樹、麻黃、甘草、山杏等2—4年后，年收入可達18萬元，初步預算達產后5—8年,不但可收回項目研究投資，也可繼續創收和發揮防風治沙等生態效益。根據我們的經營實際和測算，公路沙害生物治理中沙產業開發利用的植物投入產出見表5—9.表5-9沙產業種植植物投入產出效益 （單位：元/年。畝）植物整地種苗種植撫育管理基礎設施投入合計產量單價收入產出效益沙棘1。51。82。0323067。31102.02201:3。3大果沙棘1。00.81。5252856。32000.51001：1。8麻黃1o025.52o5233082.04000.3120o0果樹1.542453587.510000.6600.0錦雞0.50.60.5302859o6705o03501:2o41:6o91：5.95o2.2工程固沙技術土工編織袋沙障：利用新型抗老化土工布制成規格為寬15cm、20cm,長2m的土工編織袋沙障，采用就地裝流沙的方法，平鋪沙面形成1X1、1o5X1.5的方格沙障.土工編織袋阻沙墻:利用新型抗老化土工布制成規格為寬40cm、50cm,長2m的土工布袋，采用就地裝流沙的方法，在治理區外圍高大沙丘的沙脊線上直立擺放形成高立式沙障阻沙，總長度600米.工程固沙技術結果與效益分析由表5—24可以看出：土工方格沙障降低風速率最大,地表粗糙度也最高。而麥草草方格沙障、人工林和土工編織袋格狀沙障、高立式沙障、化學結皮沙障的防風效果基本一致。因此在選擇防護措施時，應著重考慮各種措施的經濟成本。表5—24工程措施防風固沙效果項目沙障名稱風速降低率(%)(m/0)備注

流沙0%0。023草方格沙障53.5%7。63土工方格1X1m64。7%24.92X2m64%20.9土工編織袋沙障阻沙墻43.1%5。2(1X1)38。3%3。228(1.5X1.5)25.8%1.536土壤凝結劑沙障結皮沙障（1X1）19。35%1.309全面14。2%0。0914為各措施的平均風速降低率和粗糙度表5—25幾種工程措施的經濟成本的對比分析表單位：元/畝項目

名稱*.????..草方格沙障土工方格沙障

土工編織袋沙障凝結劑沙障單價

(含運費)70030001800項目

名稱*.????..草方格沙障土工方格沙障

土工編織袋沙障凝結劑沙障單價

(含運費)700300018001800人工費70407080維護費15303020使用年限總造價1-2105—103—44000370021401900年平均成本

元/畝400370214470（2）土工方格沙障對風速及粗糙度的影響土工方格沙障布設于流動沙丘下部及平坦覆沙地，經過一年的觀測，其風蝕沙埋程度及粗糙度（表5—28）。表5—28不同規格土工方格粗糙度對比表規格V20V05粗糙度1X13.56。1.05—25o741.5X1。53。371.3020。922X23。261.34195。2。3植物固沙技術（1） 樹種選擇與配置喬木樹種配置：在路基兩側平坦覆沙地上進行,帶狀栽植以兩行為一帶，株行距為1.5X1。5m,空帶留3m.塊狀栽植以株行距為1.5X1.5m栽植。灌木林配置：2行檸條+2行梭梭+2行沙拐棗混交林；2行花棒+2行梭梭+2行檸條混交林;2行沙拐棗+2行梭梭+2行花棒混交林。（2） 植被恢復成效調查與分析1）不同立地條件、沙丘不同部位固沙植物的成活和生長狀況在丘間低地和沙丘迎風坡設置沙柳、花棒、沙拐棗、梭梭四個供試品種對比試驗，對植株新梢生長量、冠幅、高生長、成活率、保存率各項指標進行調查，其結果見表5-31。

表5-31不同立地類型固沙植物生長差異植物種立地類型土壤含水率%成活率%翌年保存率%新稍cm冠幅cmXcm高cm沙柳丘間低地26。733762.08466X6684迎風坡3.692330。45644X2161花棒丘間低地26.73769798102X67105迎風坡3.697998.79484X9694沙拐棗丘間低地26.738899177138X137177迎風坡3.698695.3111106X99111梭梭丘間低地26。737694。75154X6080迎風坡3.6978924338X3754表5—32^丘各部位混交植物^長狀況表沙丘部位植物種平均株高cm新梢生長量cm冠幅cm株行距m花棒落沙坡腳838280X791X2迎風坡767761X682X2坡頂747978X542X2沙拐棗落沙坡腳162158129X1361X2迎風坡808490X882X2破頂139143114X1202X2梭梭落沙破腳474359X531X2迎風坡262427X182X2坡頂403851X432X2從生長狀況看，凡是在落沙坡腳和丘間低地的植物生長良好，在迎風坡部位的植物生長較差。但不同植物種也有差異，花棒在丘間低地比迎風坡新梢生長量高出4。1%,而沙拐棗、沙柳、梭梭、新梢生長量則高出迎風坡37.3%、33.3%

和15.7%，其它如冠幅、高度也相應存在較大差異.2）不同固沙植物種之間的成活和生長狀況表5—33十二種不同固沙植物生長狀況表植物種新梢生長量cm冠幅cmXcm植株高cm成活率％翌年保存率％新疆楊136124X1093009177。5垂柳98152X1162309454.6章河柳132152X1262458445。2國槐138162榆9490X1022608892沙棗4648X569288/沙拐棗177138X1371778898花棒98102X671057697檸條4635X32739296.7梭梭5154X60807697.4沙柳8466X61843781.1檉柳8046X5211687100注:章河柳大部分抽干后由根部萌發，沙棗冬季地上部全部被野兔啃食后萌發（3）植被恢復成效及防風固沙效益分析公路兩側固沙林帶的作用主要是防止風沙流動及其危害，為此，在項目區治理段選擇了不同樹種配置，進行人工防護林建設成效及防風固沙效果觀測對比分析，具體結果見（表5-37）表5-37人工防護林不同粗糙度、輸沙量與流沙地對比觀測表、\觀測點項目流沙地人工種植帶公路邊坡覆蓋度10%覆蓋度18%覆蓋度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各點q值與流沙q之比100%14。25%9。66%4.32%6。37%注:積沙高度取0—20cm,V2和Vo。5分別為2m和0.5m高處風速多次平均值（4）封育措施植被恢復成效及防風固沙效果對天然植被進行封育，既不影響天然植被的正常生長發育，又大大縮小了造林地面積，這樣做可迅速提高各種類植物對地表的覆蓋面積，用少量的投資和較短的時間便能達到比較好的防護效果。具體結果見（表5-38、5-39、5—40）。表5-38封育區內外白刺生長狀況調查表X項類型、蓋度％平均株高cm平均冠幅m2當年生枝條長度cm5月30日9月10日封育區18。9339.54715.824對照區17。222.134.513。216。5增加數1.7317。412.52。67.5

表5-39封育區內外植物種及密度調查統計表類另U封育區對照區灌1木白刺白刺草原有種苦豆子、芨芨草、馬藺、駱駝蓬、沙米、沙竹、拂子茅、針茅、蘆葦共9種苦豆子、芨芨草、馬藺蘆葦、駱駝蓬、沙米、沙竹、拂子茅、針茅共9種本新增種鶴虱、蟲實、畫眉草、阿拉善單刺蓬、堿蓬、狗尾草、狐尾草、披針葉黃花、糙蘇草、沙芥、白莖鹽生草、沙蔥、霧沙藜新增加13種小計22種共9種植株密度46株/m218株/m2注:調查時間為2002白刺地采用圍欄封育、人工促進更新技術后，改善了白刺群落植物生長發育的環境條件，促進了白刺群落植物的生長和種類的增加，擴大了植被蓋度，降低了輸沙能力。5.2.4公路綜合治理技術效果調查公路沙害防護體系建立起來后，檢驗其成功與否的標準就是防護效益。為此，我們于2002年3月份（治理前），2003年5月份（治理1年后）沿公路路面進行了沙害狀況調查，其結果見表5—41表5-41公路路面積沙狀況調查統計表\危害程度危害類型'\治理前（2002.3）治理后（2003。5）危害長度m危害面積m2積沙量m3危害長度m危害面積m2積沙量m3沙丘前移296522。8639.43440.817。5路面積沙7392364.8827。752114.419.5合計10352897。61467.186155.237從調查對比結果看:治理前1.6km路段沙害長度達到1。035km，占整個路段的64。7%,治理一年后沙害長度減少了59.3%,僅0。086Km，占整個路段的5。4%;治理前危害面積達2896。7m2,治理一年后沙害面積減少了94.7%，僅有155。2m2；積沙量治理前為1467.1m3,治理一年后減少了97。5%,說明防護體系是成功的。這是由于機械沙障及障內植被削弱了風速，減少了輸沙量的結果.5。2.5土工編織袋沙障風洞模擬實驗土工編織袋沙障可分為有鰭和無鰭兩種,在編織袋內裝滿沙，其直徑分別為5cm、10cm，沙障方向與風向成90°、60°和30°.在7m/s、15m/s、20m/s測量風速下進行觀測。(1)測定方法實驗在中國科學院寒區旱區環境與工程研究所室內中型環境風洞中進行。洞體全長37.78m，由吸氣段、穩流段、收縮段、實驗段和擴散段五部分組成。實驗段長16。23m。(2)實驗結果與分析有鰭與無鰭沙障的風速流場的特征由圖5—5、圖5-6可以看出，有鰭與無鰭沙障風速流

場的共同特征是在迎風側35H處開始出現弱風區，弱風區的范圍是0—35H之間。無鰭沙障的風速升高區的高度在10cm處，而有鰭沙障的風速升高區在15cm處。沙障頂部風速升高到160%左右，在背風側，兩種沙障同時出現弱風區.不同點是無鰭沙障在下風側55H處就基本恢復了原風速，而有鰭沙障仍然處于弱風區，從風速等值線圖可以看出;在無鰭沙障的背風側，氣流基本處于層流狀態，風速等值線緊密而施展，有鰭沙障從鰭開始，風速等值線由緊密逐步趨于發散,這是由于在鰭的擾動下；氣流的紊流強度、紊動量、紊動尺度都有了顯著的增加，由此造成有鰭沙障弱風區的范圍遠遠大于無鰭沙障，尤其是在背風側。鰭的擾動作用耗散了風的動能，提高了地表以上靜風層的厚度，所以有鰭沙障的防風效果明顯優于無鰭沙障.風向10H5Ho◎ °10H5Ho◎ °mo3HO O1H0'OO1H3H5H皮托管布置圖例055-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105無鰭沙障高10cm,90度角，風速20m/s時的流場圖圖5-6-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,90度角，風速20m/s時的流場圖圖5—7有鰭與無鰭沙障的風速流場圖5—8各測點風速與實驗風速的比值（12號差壓）

2）不同風速對風速流場的影響由圖5-8、圖5-9、圖5—10及圖5—11可以看出，有鰭沙障在不同風速時的流場特征基本一致，在沙障的迎風側，隨著風速的增大，最小風速所能達到的高度越來越低,以風速為4m/s的等值線為例；當實驗風速是7m/s時，其距地表的最低點大約是2.5cm，當風速是15m/s時，最低點不足1cm，風速是20m/s時,4m/s風速等值線以完全消失了.從鰭開始，隨著風速的加大，風速等值線的發散程度越來越小，這是由于鰭對風速的擾動作用有一定的量值，其擾動作用不能隨著風力的增強而同步地加大。風向―3530252010$5-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,90度角,風速7m/s時的流場圖圖5—9風向"*353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,90度角，風速15m/s時的流場圖圖5—10353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm，90度角，風速20m/s時的流場圖圖5—11有鰭沙障的不同風速的風速流場2001807m/s15m/s20m/s100160140120圖5-12各測點風速與實驗風速的比值（12號差壓）3）不同風向對風速流場的影響從圖5—12可以看出；沙障和風向呈30時，在背風側大約10H處，風速即可恢復到實驗風速，弱風區的范圍很小，這就是為什么在設置沙障時和主風向垂直的道理。隨著角度的增大，弱風區的范圍越來越大,沙障的防風效益也越來越大。-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,30度角，風速20m/s時的流場圖圖5-13353025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 5101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm， 60度角，風速20m/s時的流場圖圖5-14

3025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,903025201510-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5 0 5 101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,90度角，風速20m/s時的流場圖圖5—15有鰭沙障的不同風向的風速流場4）不同沙障高度對風速流場的影響有鰭沙障高5cm，的流場圖90度角，風速20m/s時有鰭沙障高5cm，的流場圖圖5-17

-%5-50-45-40-35-30-25-20-15-10-505101520253035404550556065707580859095100105有鰭沙障高10cm,90度角，風速20m/s時的流場圖18016014012010080604020180160140120100806040200圖5-19各測點風速與曠野風速的比值（12號差壓）不同高度的有鰭沙障流場特征基本相同，但在迎風側，障高為5cm的有鰭沙障在O"處風速達到曠野風速的150%,易于造成迎風側的風蝕。10cm高的沙障在O”處風速降低到曠野風速的36%，無風蝕，有利于發揮防風固沙效益.高度不同、靜風層的厚度也不同，防沙效能也不同。小結有鰭沙障由于鰭對風有強烈的擾動作用，障后弱風區的范圍大，降低風速的作用明顯，防風固沙作用優于無鰭沙障。沙障和主風向的夾角對沙障的防護效益有明顯的影響，角度越小、弱風區的范圍越小，沙障的防護效益也就越小。高度不同、靜風層的厚度也不同,防沙效能也不5。2。6土壤凝結劑沙障風洞模擬實驗研究土壤凝結劑是一種強力聚合物，具有獨特的滲透，填塞效果，內含網狀交叉的聚合物鏈，能在顆粒性物質之間形成網絡結構，增加顆粒之間的凝聚力，形成表面結皮，從而達到固沙、防塵與防水土流失的目的。土壤凝結劑是一種環保產品，無毒性，沒有可燃性，不污染地下水，不擾亂植物的正常生長，也不會影響土壤的酸堿度。(1)試驗結果1)直剪試驗結果

從表5-42中看出，在自然浸透和固結壓實條件下，隨著固沙劑用量的增加，沙土的凝聚力和內摩擦角度都在增加，說明沙土抗風蝕能力得到顯著的提高。表5-42直剪試驗結果制樣方法試驗方法固沙劑含量(%)單位正壓力(kPa)凝聚力(kPa)內摩擦角()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固沙劑與沙拌和，固結壓實快剪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無側限抗壓強度試驗固沙劑含量(%)制樣方法試樣密度無側限抗壓強度(kPa)20%固結壓實1.60758530%1。618796。840%1。582959。720%自然浸透1。59374830%1.632854.140%1.52610022)沙盤風洞吹蝕結果風速為24m/s時不同濃度沙障積沙量(g)—20%-?-30%-*^40%圖5-23通過觀測模型沙盤在24m/s風速下得積沙量，從而確定沙障的抗風蝕能力。從圖5-22看出,40%的固沙劑用量處理，沙土基本沒有風蝕或積沙現象，20%處理基本處于積沙的過程，而30%處理則介與兩者之間。3）不同規格沙障的積沙量圖5—25oooO321/沙積S圖5—25oooO321/沙積S20圖5—26由圖5-23、5-24、5—25,50土壤凝結劑沙障積沙量最大。圖5—27在角度為30度的坡面上,相同風速下，15X15cm的沙障積沙量最大(圖5-26)。圖5-28圖5-295.2.6公路邊坡防護研究5。2.6.1研究內容(1)對不同防護材料、不同坡降比及對照段的風蝕、水蝕深度，面積進行調查。(2)對不同防護材料、不同坡降比及對照段的坡角積沙寬度，積沙厚度，坡面、坡角的植被種類、蓋度進行調查。

（3）對不同防護材料、不同坡降比及對照段的路基斷面，進行風速變化和粗糙度的觀測。（4）選擇典型風沙地段開展路兩側風速流場變化觀測.5.2.6。2結果與分析（1）不同路基高度、不同邊坡長度風速流場變化不同路基高度、不同邊坡長度風速流場變化測定結果見表5-56項目B桿C桿D桿E桿X軸（桿距）003.13.15.625。627。547.54Y軸（高程）20。52.81。33。451。9542.5Z軸（風速）5.53。615。964。676。615。967.346.93表5—56 （路東：坡長8m、路基高2m 路西：坡長7?6m、路基高1?9m）7.200.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00圖5—0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00圖5—31邊坡長度風速流場變化6.005.404.804.203.60

9.007.506.004.509.007.506.004.50圖5-33邊坡長度風速流場變化

表5—59（路東：坡長11。8m、路基高2。9m路西：坡長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項目B桿C 桿D 桿E 桿X軸（桿距）004。654.658.528。5210。2210.22Y軸（高程）20.53。21.74。22。77。96.4Z軸（風速）6。013。955.743。995。564。186。515。28圖5-34邊坡長度風速流場變化表5-60（路東：坡長10m、路基高1.5m 路西：坡長13。5m、路基高：4m）000.50圖5—35邊坡長度風速流場變化000.50圖5—35邊坡長度風速流場變化項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在坡腳，流體由于發生滯止、減速和抬升，在坡腳左右形成一個低速分離區，風沙流首先在此部分沉積，過了坡腳，由于流體爬坡、附體，速度很快升高.所以我們可以看出，風速的變化整體受路基影響較為明顯，風速在坡腳處（B桿）最低，隨著邊坡的升高，各桿的高程也在逐漸升高，風速值也隨其正比增長.到了路肩處（E桿）風速達到最大。因此在沙區公路迎風側，同等大小的風速下，風速的大小與高程有關.總之，由以上分析我們可得出：在一斷面內，坡腳的風速低于路肩的風速;迎風側路肩的風速小于背風側路肩的風速；迎風坡的風速比背風坡的風速大很多；風速的大小與高程的高低有關；迎風側坡腳處若有阻擋物，易形成渦旋。6、 項目的經濟、社會、環境效益及推廣應用前景通過兩年的研究，各項目區公路兩側的防護體系發揮了明顯的生態作用，有效的控制了公路沙害對交通的影響。本項目研究內容豐富，研究區的自然地理條件跨度大，并在不同沙漠地區建立了相應的公路防護體系，同時，對公路防護的共性技術進行了合理的配套和應用基礎研究，研究成果可以在我國沙漠地區的公路防護建設中進行推廣.通過沙漠公路生物防護體系的建立，每年節省公路清淤、邊坡養護維修等費用十分巨大。同時，保障行車安全,確保交通命脈的暢通，促進地區經濟的發展，其效益更加可觀.7、 結束語本項目在亞濕潤干旱區、半干旱區、干旱區、極端干旱區分別建立了針對不同公路沙害的公路防沙體系，并據此總結出適于以上地區的公路沙害治理模式.通過兩年的實施，初步研究出地區沙丘運動規律、土壤水分動態變化；分析總結出圍欄封育對植被的影響，采取機械固沙措施后植