沙地插草阻力影响因素的试验研究与DEM模拟

发布时间：2020-08-10 22:16

【摘要】：草方格沙障广泛应用于荒漠化的治理,该方法将麦秆、稻草等植物茎秆插入沙土内并在沙土表面铺设成方格状,通过增加地表粗糙度达到固沙目的,是一种绿色环保的重要工程方法。目前已有学者设计出“固沙车”实现了草方格的机械化铺设,但在确定圆刃刀盘插草刀工作参数时仍主要依靠人为经验。本文旨在通过试验与DEM模拟相结合的方法,测量插草过程中刀盘竖直方向的插草阻力及土壤内部土压力,初步分析“固沙车”插草阻力的影响因素,为离散元法研究“固沙车”奠定一定的基础。主要研究内容和结论如下:1.本文首先进行了试验系统的设计及参数测定,并进行了简单下压式固沙插草试验。试验发现刀盘竖直方向插草阻力的最大值几乎不受插草速度的影响,受刀刃形状的影响较小,随着铺设草秆厚度的增加而增加;而刀盘正下方土压力随着插草速度及铺设草秆厚度的增加而增加,但受刀刃形状影响较小。另外,通过测量刀盘两侧沙土的土压力,发现插草刀盘在插草过程中对沙土在水平方向的扰动作用比在竖直方向的更明显。2.其次,本文采用试验与DEM相结合的方法进行了数值模型参数标定。通过将沙土堆积休止角的模拟结果与试验结果进行比对确定出沙土颗粒的物性参数;通过将简单下压式固沙插草试验过程中草秆的运动与DEM模拟结果进行对比分析,确定了刀盘竖直插草速度与草秆在打折点向刀盘转动时转动参数的标定方法。3.最后,本文建立了圆刃刀盘滚动插草的数值模型并进行了 DEM仿真模拟。首先对草秆在固沙车滚动插草作业过程中的运动进行了理论分析,将草秆简化为三段式刚体,每根草秆的运动规律相同,为中间段竖直匀减速平移与两边长段绕中间段匀减速定轴转动的复合平面运动。并在此基础上建立了固沙车圆刃刀盘滚动插草的离散元数值模型,发现在水平前进速度4-10 cm/s时,刀盘竖直方向插草阻力几乎不受前进速度的影响,而刀盘竖直方向插草阻力随铺设草秆厚度的增加而增大,单位刀盘厚度的竖直方向稳态插草阻力在2-6 mm区间内随着刀盘厚度的增大而减小。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S288
【图文】：

草方格沙障

＾到固沙的目的，而障碍物的首要目的是阻沙，然后才是固沙，不能从根本题。因此，当前应该进一步研究“化学－生物－机械沙障”等治沙措施的综技术。逡逑在机械沙障治沙措施中，防风固沙效果较理想、使用较多的则是草方格沙格沙障（图１．２）是半隐蔽式沙障的一种，将麦秆、稻草、芦苇等柔性材埋入沙土内，并将露在沙土表面的部分编排成方格状（孙涛，刘虎俊等，２０１２，刘虎俊等，２０１３），该方法于１９５６年由原苏联学者彼得洛夫引进我国应用研究表明，沙土表面３０ｃｍ高度内流域的沙土含量可以达到风沙流总量的９１邋ｍｘｌ邋ｍ的方格尺寸最为合理，草方格沙障一般要求直立于沙土表面的２０ｃｍ，插入深度约丨５ｃｍ，近地表（０－２０ｃｍ高度内）输沙率可降低为流沙％左右，地面风速能够降低４０多倍（刘姝颖，李宁等，２０１４；刘大为，２０１３）

多功能,方式,草方格沙障,沙土

逡逑在机械沙障治沙措施中，防风固沙效果较理想、使用较多的则是草方格沙障。逡逑草方格沙障（图１．２）是半隐蔽式沙障的一种，将麦秆、稻草、芦苇等柔性材料的逡逑底部埋入沙土内，并将露在沙土表面的部分编排成方格状（孙涛，刘虎俊等，２０１２；逡逑马瑞，刘虎俊等，２０１３），该方法于１９５６年由原苏联学者彼得洛夫引进我国应用。逡逑己有研究表明，沙土表面３０ｃｍ高度内流域的沙土含量可以达到风沙流总量的９０％，逡逑发现１邋ｍｘｌ邋ｍ的方格尺寸最为合理，草方格沙障一般要求直立于沙土表面的高度逡逑约２０ｃｍ，插入深度约丨５ｃｍ，近地表（０－２０ｃｍ高度内）输沙率可降低为流沙区的逡逑０．２％左右，地面风速能够降低４０多倍（刘姝颖，李宁等，２０１４；刘大为，２０１３）。逡逑ｍｍ逡逑图１．２草方格沙障逦图１．４机械化铺设存在的问题逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｔｒａｗ邋ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄｓ逦Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｐｒｏｂｌｅｍｓ邋ｗｉｔｈ邋ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ邋ｉｎｓｅｒｔｉｎｇ逡逑图１．３多功能立体固沙车（李村，２０１７）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｓｔｅｒｅｏ邋ｓａｎｄ－ｆｉｘｉｎｇ邋ｖｅｈｉｃｌｅ逡逑目前铺设草方格采用人工作业与机械铺设两种方式。人铺设的草方格固沙逡逑效果较好

沙土,治沙措施,沙障,半隐蔽式沙障

【相似文献】