автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Закрепление откосов земляного полотна железных дорог и прилегающей полосы средствами фитомелиорации в условиях пустынь Средней Азии и Казахстана

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

ЕРМОЛАЕВА Татьяна Семеновна

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ПОЛОСЫ СРЕДСТВАМИ ФИТОМЕЛИОРАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПУСТЫНЬ СРЕДНЕЙ АЗИИ И КАЗАХСТАНА

Специальность 05.22.06 —Железнодорожный путь

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск — 1992

Работа выполнена в Ташкентском и Новосибирском институтах инженеров железнодорожного транспорта.

Научный руководитель — заслуженный, деятель науки и

техники РСФСР, доктор технических наук, академик А. К. Дюнин.

Научный консультант — кандидат технических наук,

доцент В. Е. Мольдерф.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

академик Э. П. Исаенко. — кандидат технических наук, доцент Ю. С. Палькин.

Ведущее предприятие — Управление Среднеазиатской ордена Октябрьской Революции железной дороги

Защита состоится « /О ъ&ЛР^Я, 1992 г. в-/37 час, мин, на заседании специализированного совета К 114.02.02 в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта по адресу: г. Новосибирск, 630023, ул. Дуси Ковальчук, 191.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «

1. /МРОэ/ЖУ 1992 г.

Отзыв на автореферат, заверенный • печатью, просим направлять но адресу Совета института. /'<2

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

В. А. Грищенко

- - ' - 3. -

• ' . ' /ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ'

Актуальность темы. За последние десятилетия территории

г^Л-

зсчашх пустынь Средней Азии и Казахстана подвергаются интен-

(вному освоению в связи с открытием новых месторождений нефти

газа, цветных и редких металлов, минеральных солей и других

злезных ископаемых. Одновременно с освоением территории ведет-

i строительство новых автомобильных и железных дорог, увелн-- •

таются нагрузки на действующие железные дороги. В ближайшей

зрспективе сеть железных дорог в'пустыне увеличится за счет

эвдународных'перевозок.'

На эксплуатируемых уже более 100-лет железных дорогах Сред-зй Азии ведутся значительные работы по обеспечении бесперебойно движения поездов на пес ко заносимых участках. В связи с не-«лонным снижением уровня Аральского моря экологическая ситуа-т целого.региона в настоящее время усугубилась за счет увели-зния пыльных бурь почти в 69 раз. Дистанции пути несут большие зполнительные затраты rto борьба с песчаными заносами, достига»-ía до 350 тыс. руб. и более на I roí пути.

Поэтому проблема защиты железных дорог о- песчаных заносов выдувания земляного полотна является актуальной и относится к !жным прикладным задачам, от ревения которых зависит нормальная гсплуатация железных дорог.

Целью работы является исследование экологически чистого спо-эба закрепления земляного полотна и полосы отвода железных до-зг в условиях пустыни. Для достижения поставленной цели в дис-зртации были решены следующие задачи .исследования:

- районирование зон, прилегающих к железным дорогам региона з возможности и особенностям лесопосадок и травосеяния;

- приложение имеющихся теоретических представлений об уело-

виях дефляции сыпучих материалов применительно к переносу песка (развитие пескопереноса в зонах разгона, соотношение меаду диффузным и приземным' пескопереносом);

- оценка условий раздувания ветром железнодорожных насыпей, сооруженных из песка;

- совершенствование технологии укрепления откосов земляного полотна гидропосевом трав и практическая реализация разработанного способа укрепления земляного полотна.

Методы исследования. Достижение поставленной цели обеспечивалось на основе натурных и лабораторных исследований и их анализа. В работе использовалась методика маломасштабного аэродинамического моделирования пескозащитных средств.

Достоверность полученных научных результатов определяется данными лабораторных и экспериментальных исследований, расчетов, выполненных автором на основании большого практического материала.

Научная новизна исследования заключается в классификации средств защиты дорог от песчашх. заносов по экологическим признакам, выявлении эмпирической зависимости показателя насыщенности песковетрового потока от его зоны разгона, определении соотношения массовой концентрации пескопереноса на различной высоте от подстклаидей поверхности земляного полотна и нахождении графической зависимости условий обдув алия ветропесчаным потоком профилей земляного полотна от относительных скоростей ветра.

Практическую ценность работы представляют карта-схема районирования прилегающей полосы для создания зациткых насаждений вдоль железных дорог в условиях пустыни, а также технология работ по укреплении откосов земляного полотна и созданию защитных насаждений в условиях пустынь Средней Азии и Казахстана. г

.. - 5 -

Внедрение результатов работы. Предложенная технология укрепления откосов земляного полотна железных дорог и полосы отвода

А

методом гидропосева внедрена на подьезном железнодорожном пути Кульсары-Тенгиз.

Апробация и публикации работы. Основное содержание диссертационной работы, а также ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на Научно-технических конференциях ТалШТа, посвященных зопросам улучшения работы железнодорожного транспорта в условиях пустыни (Ташкент, 1986, 1988, 1991 г.г.), Всесоюзном научном совещании "Научные основы и методы фит см ели орации пастбищ пустынь и полупустынь Средней -Азии и Казахстана" (Бухара, 1989 г.), на Ученом Совете строительного факультета ТашШТа (Ташкент, декабрь, 1991 г.), на объединенном заседании кафедр "Путь и путевое хозяйство" к "Изыскания, проектирование я строительство железных дорог" (Новосибирск, январь, 1992 г.).

По материалам диссертационной работы опубликована б печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 127 наименований, в то« числе 17 иностранных авторов и двух приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста и содержит 48 рисунков и 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЯАШЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена современная ситуация на железных дорогах Средней Азии и Казахстана в условиях пустынь, подтверждена актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены основные результаты, полученные автором.

8 первой главе проведен анализ литературных источников по лесомелиоративным условиям и способам защиты железнодорожного

пути от песчаных заносов.

Среднеазиатская, Ашхабадская, Западно-Казахстанская и Алма-Атинская железные дороги пересекают массивы песчаных пустынь и подвержены воздействию подвижных песков на ряде участков. От резкого изменения природных факторов страдает все народнохозяйственные объекты, в том числе и железные дороги, которые наиболее подвержены действию ветра, ветропесчаного потока и пыльных бурь. Поэтому, только сочетание природных, биологических и химико-технических факторов может дать определенный эффект в защите дорог от природной стихии. Многолетний опыт подтверждает результативность комплексных решений этой прикладной задачи. Острота экологической обстановки усилилась сейчас настолько, что при выборе любых вариантов взаимодействия человека и природы эти вопросы должны быть решающим аргументом.

При классификации средств защиты дорог от песчаных заносов соблвдался следущий порядок.

1 класс. Экологически чистые и прогрессивные средства.

К атому классу относятся биологические средства защиты и комбинированные (сочетание биологических средств с механическими).

2 класс. Экологически нейтральные средства. К ним относится весь комплекс механических защитных средств.

3 класс. Экологически ущербные средства - химические и термические средства защиты.

При всех прочих равных показателях, в том числе и экономических, безусловной примат должен принадлежать средствам 1-го класса.

Метода укрепления песчаных поверхностей вязфцши давно подвергались-критике с экологических позиций. Защищаясь, авторы ©тих методов указывали, что образованные корки хорошо пропуска-

* через себя атмосферные осадки и млеют эластичность, а рас-ения пробивают корки и их приживаемость увеличивается. Однако одтверждакцих опытов мало. Корка существенна меняет темпера-урно-влажностный режим песчаных почв и далеко не всегка в поль-у растения;/!, на которые в экстремальных условиях приходится ополнительная "нагрузка" - пробить корку.

В настоящее время от разработки специальных вяжущих переводят.к использованию отходов химических и целлюлозно-бумажных омбинатов. Так, появилась сульфитно-спиртовая барда (ССБ). На снове ацетонформальдегидной смолы разработаны ряд новых соста-ов для закрепления песков. Продолжаются поиски в направлении азработок вяжущих веществ с заданными физико-механическими свой-твами. Широко применяются химические закрепители за рубежом, едутся поиски применения-термических и других средств пескозак-епления. . , '

Автор сосредоточил свое внимание на экологически чистых редствах 1-го класса, что потребовало в первую очередь изучить ехнологию закрепления песка на основе -.содалексной механизации абот. За основу принят разработанный в ТалЖГе агрегат для закрепления откосов вяжущими веществами. Агрегат создан на базе олесного трактора Т-158. Производительность агрегата до 500 м2/ час. Обслуживавщий персонал 2 человека. Данный агрегат рошел опытную проверку на участке железнодорожного подъездного ути Кульсары-Тенгиз при закреплении откосов земляного полотна.

Анализ исследований отечественных и зарубежных авторов бездает, что вопросы защиты железных дорог в условиях пустнк ! ребуюг дальнейшего совершенствования технологии укрепительных абот и обоснованного выбора рациональных вариантов защитных гтроЯств 1-го класса.

Во второй главе приведено районирование прилегающей полосы железных дорог по принципу пескозакрепления с учетом местных условий. Железные и автомобильные дороги, линии электропередач, а также другие коммуникации, проложенные в пустынной зоне с раз личными географическими и климатическими условиями, требуют раз работки единого плана мероприятий по защите от ветровой эрозии с учетом улучшения пустынных пастбищ и в целом экологического состояния региона.

Одним из методов решения поставленной прикладной задачи является разработка комплекса взаимосвязанных моделей пескоукре-пительного районирования к размещения производственных средств для эффективного проведения работ по борьбе с песчаными заносам Районированием пустынь для инженерных целей и геоморфологически? районированием занимается Институт пустынь АН Туркменистана с использованием аэро-фотокосмических съемок. Им накоплен аната-тельный опыт по дешифрованию и обработке информации , а также составлены карты районирования в различных масштабах.

Целью этого этапа исследований автора является микрораЯони-рование территории по пескозащите и изучение производственного процесса закрепления песков вдоль линейных объектов и самих поперечников земляного полотна с предотвращением их от раздувания.

, Линейные объекты (железная, автомобильная дороги, линии электропередач) проложена параллельно и рядом, .поэтому решение данного вопроса имеет общее народнохозяйственное значение. Наиболее подвержены песчаным заносам объекты, расположенные в Туркмении, пос тому в качестве объекта оптимизации планирования и размещения пескоукрепительшх.работ выбрана территория Туркмении. За основу районирования нами взята методика, разработанная в Средаэ— ШИЛХе совместно с ШО "Кибернетика" АН Узбекистана, рис. I.

Карта-схема удобна для практического руководства, так как

ежегодная посадка сеянцев с акс аула ,черке эа, канда.ма

районы лесомелиорации посевом семян в благоприятные года и ежегодная посадка сеянцев саксаула

/

У

Г

. : Кушка

районы выборочной лесомелиорации

, пескозаносимые участки с установкой механических защит

Рио. I

она составлена по фактическим природно-климатическим условиям отдельных регионов. Она позволяет подобрать ассортимент защитных растений, наиболее приспособленных к условиям участка. Такое районирование особенно важно в настоящее время, когда результативность лесомелиоративных работ очень низкая. Причин этому много: устаревшая форма работ, пренебрежение агроклиматическими и почвенно-гидрологическими условиями, нарушение агротехники, использование нестандартного посевного материала и др. В особо неприглядном виде находится служба защитных насаждений железных дорог. В ряде случаев нет должной ясности - где, когда, • с использованием каких агротехнических приемов и каким видовым составом растений целесообразно создавать защитные насаждения в районах пустыни. Условия производства работ осложняются факторами разрушения песков средствами наземного транспорта. При натурном обследовании нами установлено, что кроме целевых защитны* лесонасаждений вдоль дорог могут применяться также насаждения пастбищные и лесопастбищные, но в районах непосредственного примыкания к железным дорогам их следует размещать перпендикулярно направлению господствующего ветра.

Результаты проведенных лабораторных и полевых опытов показали, что для получения качественного травостоя на чистом песке семена растений-пескоукрепителей следует высевать с одновременным покрытием их мульчирующих и пленкообразущих материалов.Пре, варительно замоченные в стимуляторе роста или воде в течение 2436 часов семена растут быстрее при посеве их в феврале-марте на глубицу 1,0 см. На 40-45 -ый день их корневая система достегает глубины 20-30 см, после чего растения высыхают, образуя хороший дерновой покров как на откосах насыпи, так и на полосе отвода. При двух-трехлетнеы проведении весенних посевных работ можно со дать удовлетворительный покров в сочетании с лигнином, скопом и

гошсами.

В третьей главе рассмотрены теоретические предпосылки ескоперенос'а. Они связаны ; трудами таких ученых, как \kbagna2d, У.З.С/ггрЛ, II. Шок, А.И.Знаменский,

.К.Дшин и др. Нами сделаны попытки исследования пескопереноса э следующим направлениям: •

оценка свойств и размеров зоны разгона ветротесчакого пото-1, т.е. участка, начало которого совпадает с наветренной грани-;й пескосборного бассейна, а в конце его поток реализует пол-ютью своп транспортирующую г.юсобность;

определение поля скоростей ветропесчаного потока, обтенаю-го поперечник земляного полотна, и оценка условий раздувания сыпи, отсыпа'ной из сухого песка;

определение соотношений между диффузией и сальтацией пере-симого ветром песка.

Эти вопросы в свое время решались для метелевого снзгопере-:а, но песчаные бури резко отличаются от метелей. Прежде всего :чаные частицы, даже частицы песчаной тми, не испаряются в >цессе ветрового перекоса. Поэтому дальность пескопереноса не шшчена этим фактором, и песок может переноситься на рас<?тоя-; до сотен и тысяч километров. Зоны разгона, как правило, коро-и существенно записят'от свойств сдуваемых а переносимых нтовых частиц. Поэтому на основной площадке земляного полотна ут оказаться несколько зон сдувания и отложения, что существо сказывается на условиях раздувания песчаной насыпи.

При исследовании дефляции песка важен коэффициент насыщел-ги потока У , который тесно связан-с понятием зоны разгона ! протяженности Хр - длины зоны раэгсна. Зоной разгона песча-бури называется область усиленной дефляции песка с казетре-н-сторскы пескосборного бассейна или сразу за переломом л горестности. В зоне разгона лесксветровоЯ аотск ненастен, лее-

тому он захватывает все новые частицы песка и аккумулятивные формы рельефа здесь образоваться не могут.

Рассматривая пескоперенос как лавинообразный процесс, при котором каждая снижающаяся частица выбивает "л " частиц, лежащих на подстилясщей поверхности, А.К.Дюнин установил аналитическую зависимость выбиваемых частиц от переноса песка на различные расстояния.

Надо было выяснить применимость этих рассуждений для пылевых бурь и определить количественно основные параметры зон разгона. Анализируя полученные данные, можно выявить зависимость коэффициента насыщенности У от длины зоны разгона, количественно процесс насыщенности в первом приближении можно выразить простой экспоненционной функцией:

где X ~ расстояние от начала пескопереноса, м;

Хр - длина зоны разгона, м.

Поэтому зона ненасыщенности, характерная наиболее интенсивной дефляцией, сосредоточена в большей части зоны разгона. Отсюда следует, что на основной площадке земляного полотна (от наветренной бровки насыпи до ее подветренной бровки, протяженностью 6-7 м, что явно меньше возможного значения Хр ) для аккумуляции^ нет благоприятных условий даже при снижении скорости ветра после преодоления бровки земляного полотна.

Диффузная компонента песховетрового потока значительно более весома, чем в случае снежной метели. Мелкие частицы песка, не испаряются, а наоборот образуют хорошо наблюдаемые массы пыли, поднимающиеся вверх на сотни и тысячи метров.

Обдувание и размыв ветропесчаным потоком профилей земляного полотна проводилось в аэродинамическом канале НЮТГа на моделях васыпей, сооруженных из песка. Для оценки ветровой дефляции при

пыльной буре были сопсставлены размеры основной площадки насыпи с возможными размерами зс;м разгона.

В четвертой главе рассмотрены параметры экологически чистой пескозащиты железных дорог. При проектировании пескозащиты 1-го класса необходимо знать основные размеры {параметры) песко-защитных систем. Результаты исследований, изложенные в предыдущих главах, использованы для уточнения ряда параметров экологически чистой пескозащиты железных дорог, относящихся к условиям лесомелиорации, сочетанию биозащиты и механических защит, а также поперечникам земляного полотна, сооруженного из песка.

По экологическому признаку лесомелиорация поставлена на первое место, так как еа предотвращается поверхностный пескопе-ренос и осуществляется поглощение основной массы пыли, несомой поверху. При выполнении этой части исследований использовались ' маломасштабное моделирование обтекания пескозащитных систем в аэродинамическом канале НИШТа, полевые наблюдения и имеэдиеся зарубежные и отечественные публикации. При моделировании естественных ветровых течений, встречающихся с преградами и изменяющимися характеристиками подстилающей поверхнг .ти, необходимо соблюдение требований физического подобия. Для однородных турбулентных потоков справедлива система динамических уравнений Осборна-Рейнольдса.

ш^т <г>

J ¿.«-/.25

где Й, V« - осредненные по времени С - ая и Л" - ая компоненты вектора скорости потока, м/с;

Ь - время, с;

^ - ¿' - ая компонента ускорения силы тяжести, м/с^;

А), \)г - соответственно, молекулярная и турбулентная

("кажущаяся") кинематические зяз. ости среды, ы^/с;

- 14 -

Р - осредненное нормальное давление б потоке, кг/мс^; ^Р - плотность воздуха, кг/м'. Известно, что , " . (3)

где а - безразмерный коэффициент турбулентности, равный для естественных ветровых течений 0,05-0,06; € - характерный размер потока, м; 1/ - модуль вектора осредненной скорости, м/с. Из уравнений Рейнольдса выделяются че'тыре основных безразмерных критериев подобия - Оруда, Рейнольдса, Эйлера и Струхаля.

Используя (Э), найдем: У

гГ£*2а (4)

При (5)

наблюдается условие автом^дельности, т.е. постоянства ¡¿¿Г ,

Ьг если коэффициент

относительно постоянен, что наблюдается как в аэродинамических трубах, так й при естественном ветре. При температуре 20 °С V = 1,3 • 105 «2/с, размерах модели 0,05-0,1 м и скорости потока в канале £-5 м/с и более, условие (5) наблюдается везде. Трудности моделирования связана с критерием Эйлера, ко регулируя шероховатость канала, г.отгло приблизиться к натуре без коэффициентов. Оказалось, что вполне удовлетворительный эф1-фег.т дает иаченение вероховатости боковых стенок, а не дна. В канале ШЮТа вдоль стенок устанавливались с этой целы? гладкие силикатше кирпичи, к поле скоростей эа преградами хороао отвечало известным полевым замера'.»..

Слог-лее моделировать песковстровой двухфазный поток. Динамику заносов и размывов моделировать в малых масштабах нельзя лршщтсиалькЬ, так как физические критерии подобия, получаемые

из уравнений двухфазной среда могут соблюдаться только в масштабе 1:1. Конечные формы отложений, зависящие от кинематики потока, могут быть подобны натурным при меньших масштабах, 'если слой переноса сальтацией меньше размеров модели. Поэтому соответствующе эксперименты по раздуванию моделей насыпей выполнялись при малых скоростях потока, когда высота слоя скольжения и сальтации песка не превышала 2-5 см. Подобие размеров частиц не соб-ледалось, так как, например, при масштабе 1:50 надо было бы применять частицы размером 3-4 микрона и встретиться с искажающими явлениями сорбции. Тем не менее, сравнение конечных отложений песка и снега за иаломасотабнкки моделями при малых скоростях течения показаявло хорошее соответствие натуре. При этом имеется з виду только конечная форма, а не динамика их образования.

Лесомелиорация, т.е. выращивание лесонасаждения в пустыне, самое труднее, но зато и самое радикальное и экологически чистое средство пескозациты. Системы достаточно высоких лесных полос способны защитить железнодорожные объекта не только от заносов поверхностным ветропесчаным потеком,'но и от песчаноП пыли. Основной параметрами 'лесомелиорации являются: высота (Н, м) и пири-»

на (В, м) полос, межполосные разрывы (Ь , м).-

3 условиях пустыни высота Н нзеазденнй не превышает 2-5 м. Осаядекке пыли может происходить только при существенной дефор-Еетрз в турбулентном следе 2а полосой, заполненном вихревыми течениями.

При продувании моделей гагсых гадит разшх конструкций (мзеа-таб 1:20) в аэродинамическом канале НЖ'НТа найдено, что в под-ветренней гене размером ЮН скорость потека у дна канала восстанавливается до 70 Ч от "полевей" - (;;а подходе я полосе) с полной ликвидацией вихревых тсчс!з:й. Высота хорошо вцр&тпяего турбулентного следа составляет (1,о-2)Н. Приближение к полевым уело-

виям осуществлялось, как показано вше, регулированием боковой шероховатости канала.

В полевых условиях на расстоянии (Ю-12)Н от лесополос ветровой режим почти полностью восстанавливается и, миновав зону разгона, ветропесчаный поток оказывается в режиме открытого поля. Размеры зон разгона для сухих песчаных почв невелики (10-30) и. Поэтому межполосные-разрывы ке могут быть больше 12 Н, При высоте деревьев 3-5 метров получаются разрывы ¿* не более 40-60 метров. Интенсивность пылепоглощения в лесных полосах зависит от их аэродинамических свойств и градиента концентрации пыли в диффузном слое. Пылевые частицы возникают непрерывно в результате "бомбардировок" песчаной поверхности скачущими, саль-тирующими частицами. В диффузный слой вовлекаются только продукты сальтации. Под непосредственным воздействием ветра мелкая пыль не диффундирует вследствие взаимной связности (сорбции) мeJ ких частиц. Сорбция способствует сохранению влаги и гумуса. Воз: ращение пыли в песок, таким образом, повышает плодородие песчан почвы.

По теоретическим предпосылкам массовая концентрация пыли на высоте ¿Г должна' подчиняться закону диффузии:

"г? "«(-я)'? (6)

где Н - высота "потока" взвешивания;

Пн - концентрация пыли на этой высоте; сО - показатель степени, зависящий от скорости осаждения частиц и скоростного режима ветра.

По формуле В.Чепила и Н.Зудрафа общее содержание пыли в слое £ соответствует:

лг,] ^.»вн1;

м* (7)

Если высота ветрового слоя, существенно деформированного полосой, равна 2 Н, то доля уловленной пылиЯ на из слоя ветрового потока высотой ¿У равна

= «($)*'' м

Расчет по этой формуле показывает, что полоса высотой Н'5'в способна уловить более 60 % пыли, проносимой в 20-метровом слое атмосферы. Даже сравнительно невысокие кустарники при Н = I м могут задержать до 20 % пыли из 20-метрового пограничного слоя." На расстоянии от полосы 10 Н концентрация пыли уменьшается в 6-7 раз в сравнении с полевыми данными перед полосами.

На рис. 2 приведены данные изменения относительной скорости ветра в приземном слое 0-200 мм при совместной работе канаво-вала, комбинированных и живых защит. Пескоулавливаюцая способность у каназо-вала лучше, так как более крупные песчинки откладываются в канаве, мелкие откладываются частично на подветренном откосе вала, остальные переносятся дальше до следукщего препятствия. Судя по размерам зон затишья за. моделями при. однофазном потоке, когда физическое подобие натуре соблюдается, есть возмож-■»ость задержания песксг/ереноса при межяолосных_расстояниях [12-15)Нв. При межлинейных расстояниях в системе канаво-в&л, рав-шх (7-8)Нв, дефляция песка или отсутствует или очень, мала, что :пособствует проведению фит оыелиорации. В первом случае основное [азначение системы - задержание песка, во втором - защита молода посадок. Пескозадерживагщая способность систем с большими ежлинейными разрывами падает по мере засыпания песком канав и алов.

Опыта, проведенные по продуванию вертикальных стенок одно-азным потоком показали, что' на высоте 2Кс относительная ско-ость существенно уменьшается и восстанавливается до 60-80 % на

расстоянии (10-12)Нс. Чем выше высота стенки, тем эффективнее гасится полевая скорость ветра. Однако существует ограничение " по технологически! возможностям. Как показали опыты, устройство стенок, скрепленных вяжущими, эффективно для небольших высот над поверхностью песка (до 15 см).

Рис. 2. Изменение относительной скорости комбинированных и живой завит

В этой же главе были исследованы параметры поперечников земляного полотна, сооружаемого из песка. Поперечник насыпи, должен отвечать следующим требованиям:

форма поперечника должна быть такой, чтобы за подветренной бровкой не образовывалась вихревая зона, и поле скоростей ветра при обтекании им насыпи должно быть симметричным;

ветер должен сносить песок, попадающий на насыпь; отложения песка на основной площадке недопустимы;

раздувание ветром материала насыпи необходимо исключить.

В диссертации отдельно рассмотрены каждое требование и возможности их совладения.

На рис. 3 показаны зоны вихрей, где неизбежны отложения больших масс песка вровень с бровкой.

Используя опытные данные и теоретические результаты А.К.Дк> нина и Г.В.Бялобжеского, автором получена эмпирическая формула, выражающая условие симметрии скоростного поля:

0,3 С I + ) ? 2, откуда JL ;> 5,7

н ■ н

Для однопутной линии" при В = 6 м высота насыпи должна быть меньше 1,05 м. Для двухпутной линии ( В = 10,1-м) Н 1,77 и.

А.К.Дюниным установлено, что минимальная скорость ветра у поверхности основной площадки-незаносимсй насыпи определяется неравенством

(9)

где Vo - полевая приземная скорость Еетра на подходах к насыпи;

л V - среднеквадрапгчное отклонение от 1Í са счет турбулентных флсхтуацкй.

Нногочисленкые непрер1вные; измерения скоростей ветра пока-

Рис. 3. Аэродинамические поперечники относительных

скоростей воздушного потока; при обтекании моделей в

Н Й

аэродинамической трубе: а- = 0,9; б- -2- =2,0

Н Н *

•¡ома

/

\ ^ттгптр^ 1 17 (ч'//'[/ [7^Уп1111 Г11 77777777777777

ММ

Рис. 4. Чередование зон разгона и отложений при обдувании ветром песчаной насыпи

зывают, что величина ¿¿Гникогда не бывает меньше 0,1 1/о . Поэтому отношение од = --должно отвечать неравенству:

(/о

а) « > 1,1 (10)

Л

Обобщив данные А.К.Дшина, автор получил следующее условие реализации второго требования

о?^ 0,8 %

з н

тз

В табл:тце I дани значения и> в зависимости от

Таблица I

В/Н 1,0. 2,0 5,0

а) 1,4 1,28 1,1

Табличные данные а) хорошо подтверждают полевые и лабораторные измерения и рис. 3 "а". , "б".

Отсюда имеем неравенство В/Н > 5 , что соответствует требовании а

— >57 Я .

Условия раздузаемости песчаной насыпи до последнего времени изучались крайне недостаточно. Р.С.Закнрсвым установлено, что раздувание насыпи зависит от : механического состава песка; степени их подвижности; очертания и размеров земляного полотна и степени закрепленности растительность» полосы, прилегающей к земляному полотну.

К этим факторам можно добавить такой вагсный и, погллуй, решавший как размеры и свойства зоны разгона песксперексеа. Ка рис. 4. показано чередование зон разгона и отлогениЯ при обдувании ветром песчаной насини. Этим объясняется парадоксальное, на первый взгляд, "всестороннее" раздувание ветром только что" отсыпанных насыпей, наблюдаемые автором в полевых условиях ка

участке Кульсары-Тенгиз.

В пятой главе рассматривается технология укрепления откосов ^ земляного полотна и организация пескоукрепительных ра<5от. Существующие технологические схемы укрепления откосов гидропосевом трав разработаны для глинистых грунтов и рекомендоь лы в основном для высоких насыпей. В рассматриваемых нами условиях отсыпаются невысокие (Н ^ 3 и) песчаные насыпи. Сложные условия пустынь и полупустынь не позволяют применить разработанную технологию гидропосева на откосы. С учетом ранее описанных опытов автором были проведены исследования технологии производства работ с учетом комплексной механизации.. В результате проведенных опытов выявлено, что наиболее хорошую всхожесть и приживаемость растений (80 %) дает спосо'б раздельной технологии, т.е. сначала нужно смачивать поверхность водой, высевать семена, а затем поверхность покрывать мульчирующими и пленкообразующими материалами. Применение раздельной технологии обеспечит равномерность высева семян на откосы выемок и насыпбй {рис. 5). Сущность разработанной технологии заключается в том, что поверхность откоса I предварительно смачивается равномерно водой и на увлажненную поверхность 2 высеваются семена с »

одновременной заделкой на глубину 1,0 см, после чего засеяннный участок 3 покрывается слоем 4 мульчирующих и пленкообразующих материалов. Слой пленки исключает испарение влаги и создает благоприятные условия для прорастания и приживаемости семян в начальный период. Данная технология посева должна осуществляться механизированно при движении машины по берме или по верху земляного полотна.

Разработанная технология укрепления откосов и прилегающей полосы железных дорог позволили создать комплекс машин для механизации пескозакрепительных работ. Опытные образцы машин испыты-валксь на объектах треста "Средазстроймеханизация".

Организация производственного процесса базируется на поточном методе. Ведущим в специализированных поточных линиях является пескозакрепительный агрегат с комплектом сменных блоков для выполнения работ по созданию различных ввдов защитных устройств в полосе отвода и блоки для закрепления откосов земляного полотна.

Рис. 5. Последовательность-укрепления откосов земляного полотна гидропосевом трав: I- поверхность откоса; 2- увлажненная поверхность; 3- засеянный слой; 4~ слой мульчирующих и пленкообразующих материалов.

Основные выводы .1. Искусственное закрепление песков с одновременным созданием защитных насаждений в полосе отвода и на дальних подступах к пути является наиболее действенным, надежна» и экологически чиеаым средством борьбы с' песчаными заносами на железных дорогах.

2. Экологическая чистота является главным критерием классификации известных средств песногащита железных дорог. Впервые

разработана карта-схема районирования прилегающей полосы пустынных участков Среднеазиатской железной дороги исходя из особенностей пескозакрепления с учетом местных условий.

3. Теоретически установлены границы пескосборных бассейнов и условия развития пескопереноса (зона разгона, соотнесение между сальтацией и диффузией песка). Определены условия обдувания ветропесчаным потоком поперечных профилей земляного полотна. Теоретические результаты показали хорошую сходимость с отечественными и зарубежными лабораторными и полевыми опытными данными.

4. На основе изучения особенностей зон разгона пескопереноса и диффузии пыли разработаны основы выбора параметров экологи- • чески чистых'пескозащитных средств (лесо- и фитомелиорации), а также параметры насыпей, сооружаемых из песка.

5. В соответствии с картой районирования прилегающей полосы определены составы травосмесей, нормы высева семян, сроки проведения работ и составы для гидропосева. • *

6. Усовершенствована технология производства работ по мехат зации гидропосева, использованная при конструировании специальны: машин. Изготовлен опытный образец машины, испытанный в реальных . условиях. >

7. Разработаны общие принципы организации работ по устройст; пескозащити в прилегающей полосе железных дорог. Для мелкобархан ного рельефа предложены два новых способа создания насаждений вдоль.железных'дорог, защищенных авторскими свидетельствами (а.с. # 1452505, а.с. » 1489643).

Все вышеизложенное позволяет рекомендовать создание экологи чески чистых.способов защиты земляного полотна и прилегающей полосы железных дорог от выдувания и размыва в условиях Средней Азии и Казахстана.