风沙地貌是气流对疏松沙质地面进行吹扬、搬运和堆积形成的地貌。风沙地貌有风蚀型和风积型两类。在吹蚀占优势的地区,风蚀地貌发育明显;在堆积作用为主的地区,就形成风积地貌。正确区分风沙地貌类型,对铁路的选线设计和运营养护有很大的实际意义,要想了解风沙对铁路的危害,得首先了解其特征。
一、风沙流运动特征
(一)风沙流的形成
含有沙粒的运动气流,称为风沙流。在干旱气候条件下,风是塑造沙质地表形态的主要动力。当风吹经沙质地表时,由于气流运动冲击力的作用,将松散的沙粒吹起,并纳入运动的气流中,随之搬运前进,即形成风沙流。但是沙粒只是在达到一定的风力(即起沙风速)作用下才开始移动。
(二)沙粒运动的方式
气流搬运沙粒的方式,依风力、颗粒大小和质量的不同,有以下三种类型:沙粒沿地表的滑动和蠕移;跳跃式运动;悬浮于气流中的流动(沙粒在气溶胶状态下传输)。野外观测表明,通常大于0.5mm的颗粒(特别是大于1.0mm)大都是滚动搬运的,而小于0.05mm的粉沙颗粒则以悬浮状态搬运为主。对沙丘沙来说,呈悬浮状态搬运的沙量仅占全部搬运沙量的很少一部分,还不到5%,甚至在1%以下,因此,可以忽略不计。所以,构成沙丘移动的沙粒主要是跳跃和蠕移(滑动和滚动)运动,其中前者又占绝大多数。
二、沙丘移动规律
(一)影响沙丘移动的主要因素
影响沙丘移动的因素很复杂,受风力、沙丘高度、水分、植被多种因素的制约。
1.风况:风是沙丘移动的动力因素。一般讲,风速愈大,沙丘移动愈快。因而,沙丘移动主要是在风季发生,甚至集中在几次大风作用下完成。沙丘移动的速度,还和风向及其变率有关,单一风向作用下的沙丘移动速度,要比多风向下的快,因为多风向时每遇风向发生变换,风的能量都要重新调整,改造原有沙丘形态,以适应新的风向和风力条件,其移动速度自然会减慢。
2.沙丘高度:沙丘本身的高度,对其移动速度有很大影响,因为一定能量的风只能做一定的功,推动和搬运高沙丘沙粒所消耗的能量比低沙丘要大得多。在风力相等的情况下,沙丘愈高,移动愈慢,反之则愈快。
三、风沙对铁路工程的危害
由于沙的松散性和风的吹蚀和搬运作用,风沙给铁路修筑和运营养护带来一系列困难复杂的问题。如用沙修筑的路基容易受到风蚀和沙埋,风沙对机车、车辆和通讯设备的磨耗等。
1.沙埋:风沙流具有巨大体积,而且流速很大,不断将线路两侧的沙粒扬起并带走,遇到路基阻挡,风力减弱,便有大量沙粒停积下来掩埋线路,轻则道床积沙引起拱道、低接头等病害,重则造成列车停车、缓行和脱轨等重大行车事故。
2.风蚀:沙筑路基因缺乏粘性,结构疏松,如不采取有效防护措施,极易受到风蚀,特别是路堤的路肩部分。严重时,甚至路肩被全部侵蚀,轨枕头外露,危及行车安全。
3.磨蚀:气流中沙粒具有较大能量,对机车、车辆及通讯设备进行撞击和磨蚀,甚至堵塞油眼,造成机件严重磨耗。特别是在戈壁风沙流地区,由于风力强大,地表坚硬,沙粒的反弹高度可达5m。兰新、南疆线戈壁地段,由于粗大沙粒的冲击磨蚀,致使水泥电杆被打磨、电线磨损、车厢外部油漆磨光,一次特大风过后,常造成严重损失。
热门跟贴