风吹雪加重路面积雪量,阻碍驾驶员的驾驶视野,增加了路面发生交通事故的风险。随着我国新疆地区公路网的完善,公路风吹雪灾害日渐凸显,公路风吹雪防治愈发重要。 本文依托已开通运营的京新高速伊吾至巴里坤公路段。该路段低填浅挖路基与地表高差较小,雪粒子更容易被吹至路面,沉积在路中间波形护栏处。该路段低填浅挖路基在设计施工阶段进行了风吹雪防治处理,在运营期间仍然出现风吹雪现象,对公路运营产生较大影响。 本文结合对该路段建设期和运营期的现场调研,建立低填浅挖路基三维模型,模拟了积雪平台和雪垄对低填浅挖路基风吹雪的防护效果。根据模拟结果中路面的积雪分布特征,对低填浅挖路基风吹雪的防护措施进行优化。本文主要研究内容及成果如下: (1)归纳出伊吾至巴里坤路段降雪和风吹雪特征,分析了该路段风吹雪防治设计。对运营阶段和设计阶段风吹雪易发路段进行比较,筛选出设计阶段对风吹雪防治考虑不足的路段为K2271~K2281路段。统计出该风吹雪易发路段低填浅挖路基占比为22.60%。选取K2278+579~K2278+659典型路段展开防治研究。 (2)结合现场风速风向监测资料,绘制了该路段2020年-2023年连续三个冬季中,每个月的风玫瑰图。该区域2020年-2023年冬季主导风向为西南风。大于雪粒子起动风速的风速值约占比14%。结合现场风场信息和降雪情况,分析了低填浅挖路基风吹雪成因和特征。 (3)该公路段已经运营通车,不具备现场实验的条件。为了不影响该路段现阶段安全运营,利用FLUENT软件,开展积雪平台深度和积雪平台坡率对低填浅挖路基风吹雪灾害防护效果的研究。得出当积雪平台深度由1m加深至2.5m时,路面雪粒子体积分数减小53.94%;当积雪平台深度由2m加深至2.5m时,路面雪粒子体积分数减小37.84%。当积雪平台坡率由1:2放缓到1:4时,路面雪粒子体积分数减小3.53%;当积雪平台坡率由1:1.5放缓到1:4时,路面雪粒子体积分数减小5.25%。 (4)该路段除雪方式是通过除雪车将路面积雪抛到路旁形成雪垄,雪垄在下次风吹雪发生时会对风雪流形成阻挡作用。基于此,提出了雪垄和积雪平台联合防护对风吹雪灾害防治的方法。开展了针对雪垄高度和雪垄与积雪平台之间距离对风吹雪灾害防护效果的研究。对不同风速、雪粒子不同物理性质条件下对路面雪粒子的堆积特点进行了研究。