王海龍,劉 暢,孫 婧,張 治,李玉龍

(河北建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院,河北張家口 075000)

風(fēng)沙對(duì)于鐵路的主要危害表現(xiàn)為風(fēng)蝕路基或堆積掩埋路基和軌道，除此之外還包括污染道砟、堵塞涵洞、兩軌電路短路信號(hào)紊亂和“風(fēng)沙電”造成通訊不良等[1-3]。沙漠鐵路風(fēng)沙災(zāi)害防治分為植物治沙和工程治沙[4]。由于植物治沙常常受限于當(dāng)?shù)貧夂?、土質(zhì)等要求，工程治沙成為環(huán)境惡劣、植被生長(zhǎng)困難的沙漠地區(qū)中的常用措施。工程治沙一般分為固沙工程、阻沙工程、輸導(dǎo)沙工程3類。其中，固沙工程主要通過(guò)在地表設(shè)置PE網(wǎng)、礫石、枝條等材料的障礙物以達(dá)到固沙的目的[5-7]。高永等[8]探究沙柳沙障不同規(guī)格的防護(hù)效益；張克存等[9]提出礫石方格對(duì)風(fēng)速的削弱作用顯著；袁立敏等[10]研究了沙袋沙障對(duì)風(fēng)沙及植被生長(zhǎng)的影響。以上材料存在一些缺點(diǎn)，如沙柳沙障易倒伏、礫石沙障中原材料礫石需求大、現(xiàn)場(chǎng)可取材料不足、沙袋沙障中沙袋不易降解等。塑料方格沙障有防風(fēng)固沙效果好、操作技術(shù)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在線路風(fēng)沙災(zāi)害中廣泛應(yīng)用[11-13]。塑料方格沙障具有一定的疏透性和通風(fēng)性，可以有效提高沙障內(nèi)湍化程度，有利于風(fēng)沙流中沙粒沉降。屈建軍等[14]通過(guò)提出上疏下密式孔隙結(jié)構(gòu)的HDPE材料功能性沙障，可以有效提高沙障網(wǎng)間的有效防護(hù)距離，但HDPE材料存在不易降解、耐久性不足且容易沙埋、掏蝕的不足。目前，青海雅丹地貌區(qū)沙漠鐵路風(fēng)沙防治措施仍然主要為塑料方格沙障，在當(dāng)?shù)馗呷照?，低降水環(huán)境下，PE網(wǎng)易出現(xiàn)破損、失效，同時(shí)PE網(wǎng)材質(zhì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境易造成污染[15]。鑒于此，本文旨在討論不破壞當(dāng)?shù)氐孛箔h(huán)境的新型固沙手段，并能保證其耐久性、有效性等功能指標(biāo)。

1 工程概況和研究方法

青海省新建地方鐵路魚(yú)卡(紅柳)至一里坪線正線長(zhǎng)度98.053 km，其中線路所經(jīng)雅丹地貌區(qū)和早期湖積盆地長(zhǎng)度為51.44 km，該地區(qū)地表無(wú)植被生長(zhǎng)，土壤鹽漠化嚴(yán)重，表土鹽漬化程度高。年平均氣溫2.9 ℃，極端最高氣溫35.4 ℃，極端最低氣溫-32.0 ℃，降水量稀少，海拔高，空氣稀薄，日照時(shí)間長(zhǎng)；風(fēng)速大，多風(fēng)沙，一般3～5月是風(fēng)暴、沙暴多發(fā)季節(jié)，最大瞬時(shí)風(fēng)速31.1 m/s，最大定向風(fēng)速為26.7 m/s。鐵路沿線采用的塑料方格沙障已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的破壞，故根據(jù)魚(yú)卡(紅柳)至一里坪沿線地質(zhì)條件、水文條件，氣候特征分析，解決原有固沙方式易被風(fēng)沙掩埋和掏蝕等缺點(diǎn)[16]，采用當(dāng)?shù)爻塞}漬土混合一定比例固沙材料制成固沙磚，代替原有PE網(wǎng)沙障。

目前對(duì)于固沙方格沙障，大多采用風(fēng)洞試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)原型試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)分析結(jié)果，而應(yīng)用數(shù)值模擬軟件分析固沙沙障的研究幾乎沒(méi)有。結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙特點(diǎn)，利用ANSYS CFD數(shù)值仿真軟件FLUENT，對(duì)比不同磚高、不同排列情況和不同孔隙率(0、0.05、0.1、0.2、1.0)工況下，固沙磚鋪設(shè)區(qū)流場(chǎng)和風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的變化情況，并根據(jù)工程造價(jià)等實(shí)際情況，提出適合雅丹地貌區(qū)的最優(yōu)固沙磚設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 模型分析

2.1 物理模型

在數(shù)值模擬中，將在風(fēng)沙環(huán)境下的固沙磚方格沙障作為數(shù)值模擬的計(jì)算模型。計(jì)算流域的大小會(huì)影響風(fēng)沙流的湍化程度是否充分，也直接影響計(jì)算結(jié)果的可靠性和有效性。理論上，計(jì)算流域越大，固沙磚周圍流場(chǎng)的湍化程度受流場(chǎng)邊界的影響越小，計(jì)算結(jié)果越真實(shí)可靠，但計(jì)算量往往偏大，計(jì)算效率過(guò)低；若計(jì)算流域很小，計(jì)算量小，但是無(wú)法反映實(shí)際流場(chǎng)情況，導(dǎo)致誤差較大。故選擇合適的流場(chǎng)，既可以提高計(jì)算效率也可確保準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)比較試算，應(yīng)用ANSYS Workbench建立二維模型，固沙磚方格沙障鋪設(shè)寬度為15 m，流場(chǎng)模型總體尺寸為40 m×4 m，且將迎風(fēng)側(cè)第一排固沙磚靠近風(fēng)速入口5 m處，這樣可以基本保持固沙磚沙障后面流場(chǎng)的充分發(fā)展。x軸為風(fēng)沙流方向，y軸為垂直地面向上方向。將不同工況進(jìn)行豎直模擬。

2.2 控制方程

風(fēng)沙流在不考慮流體的熱傳導(dǎo)及擴(kuò)散、不考慮流體的壓縮性、忽略顆粒間相互碰撞作用的前提下[17]，同時(shí)認(rèn)為大氣流場(chǎng)屬于紊流、穩(wěn)態(tài)、絕熱[18]，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型[19]，控制方程如下。

(1)連續(xù)方程

(1)

(2)動(dòng)量守恒方程

(2)

式中，Si為源項(xiàng)，其分為黏性損失和慣性損失

(3)

(3)標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的湍動(dòng)能及耗散率方程

式中，Gk為平均速度梯度而產(chǎn)生的湍動(dòng)能。

即

(4)

式中，C1ε，C2ε常取經(jīng)驗(yàn)常數(shù)1.44、1.92；σk、σε為湍動(dòng)能和湍流耗散率的Prandt1數(shù)，常取經(jīng)驗(yàn)常數(shù)1、1.3。

湍動(dòng)黏度μt可表示為

(5)

2.3 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置

由于計(jì)算模型采用2D簡(jiǎn)化模型，且流場(chǎng)區(qū)域各個(gè)邊界都與坐標(biāo)軸平行，故網(wǎng)格主要采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。為了加快計(jì)算效率和計(jì)算精度，本模型采用非均勻四邊形網(wǎng)格劃分，在風(fēng)沙流易湍化區(qū)域?qū)W(wǎng)格進(jìn)行加密。計(jì)算模型網(wǎng)格數(shù)目為101 419，采用SIMPLE算法，收斂誤差為10-5。

邊界條件用于控制邊界截面特性，對(duì)模擬結(jié)果至關(guān)重要[20]。邊界條件設(shè)定如表1所示。

表1 邊界條件設(shè)定

3 結(jié)果與討論

3.1 固沙磚高度對(duì)固沙區(qū)流場(chǎng)影響

布置固沙沙障，可以增大地表粗糙度；同時(shí)由于沙障的遮蔽作用，當(dāng)攜沙風(fēng)經(jīng)過(guò)固沙區(qū)時(shí)，會(huì)發(fā)生繞流和滲流作用，影響固沙區(qū)前后不同位置流動(dòng)斷面的風(fēng)速。固沙磚高度的選定會(huì)影響施工難度和流動(dòng)斷面的風(fēng)速等，磚的高度越大，需要的抗傾覆力矩越大，相應(yīng)的施工難度和造價(jià)也會(huì)越高[11]。以往工程中，塑料方格沙障一般設(shè)置高度為15～30 cm。結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙特點(diǎn)以及市面上制磚機(jī)的尺寸限制，擬采取高度為20、30、40 cm時(shí)的固沙磚沙障工況分別進(jìn)行數(shù)值模擬分析，選取最大定向風(fēng)速26.7 m/s為初始風(fēng)速，結(jié)合分析結(jié)果中風(fēng)壓云圖和速度矢量圖，當(dāng)固沙區(qū)來(lái)流風(fēng)向2.5 m處垂直高度的風(fēng)速廓線變化顯著，其風(fēng)速廓線如圖1所示。其中，y軸為計(jì)算流域y方向坐標(biāo)值。

圖1 不同高度下固沙區(qū)2.5 m處風(fēng)速垂直廓線

由圖1可見(jiàn)，在固沙區(qū)鋪設(shè)固沙磚比未鋪設(shè)時(shí)，固沙區(qū)內(nèi)部風(fēng)速絕對(duì)值明顯減小，最高降幅達(dá)到93.3%，但是磚高以上部分的風(fēng)速卻高于未鋪設(shè)時(shí)的風(fēng)速，這是由于鋪設(shè)固沙磚會(huì)阻礙原先氣流的方向，讓攜沙風(fēng)在固沙磚前形成繞流風(fēng)沿著磚壁向上運(yùn)動(dòng)并使其上部流場(chǎng)氣流發(fā)生擾動(dòng)；空氣向上繞流，在固沙區(qū)上部聚集，風(fēng)速增加，而固沙區(qū)內(nèi)部氣流減弱，風(fēng)速驟降。沙粒起動(dòng)風(fēng)速一般為7～9 m/s，當(dāng)固沙磚高度為20、30、40 cm時(shí)，地表風(fēng)速均小于起動(dòng)風(fēng)速，說(shuō)明鋪設(shè)固沙磚能有效抑制固沙區(qū)表面流沙被吹到鐵路路基從而掩埋鐵軌。不同高度固沙磚的風(fēng)速廓線變化趨勢(shì)大致相同，基本為倒“S”形，且都呈現(xiàn)出在固沙磚1.5倍磚高左右時(shí)，風(fēng)速較低，再向上區(qū)域風(fēng)速急劇增大，且風(fēng)沙流速較無(wú)固沙磚時(shí)更大；固沙區(qū)2.5 m處不同高度的兩磚之間，在地面至1.5倍磚高范圍內(nèi)，當(dāng)磚高為20、30 cm時(shí)，固沙區(qū)內(nèi)風(fēng)速有逐漸增大趨勢(shì)，而當(dāng)磚高為40 cm時(shí)，風(fēng)速為先增大后減小再增大，這是由于固沙磚內(nèi)形成了局部渦旋流動(dòng)；渦流可以使來(lái)流攜沙風(fēng)貼附渦流方向向下流動(dòng)，形成向下剪切力；同時(shí)渦流導(dǎo)致固沙區(qū)上下形成氣壓差，沙粒經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)向下沉降，又因?yàn)榈乇盹L(fēng)速小于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，沙粒不會(huì)再被揚(yáng)起，從而達(dá)到固沙阻沙目的。

由以上分析可知，當(dāng)磚高為40 cm時(shí)，固沙區(qū)內(nèi)部風(fēng)速可以降低最高幅度為93.3%，可以有效降低近地表風(fēng)速，有效遮蔽距離最大，有效遮蔽高度可達(dá)到0.6 m；結(jié)合速度矢量圖，當(dāng)高度為40 cm時(shí)，固沙區(qū)內(nèi)大部分兩磚間都出現(xiàn)了渦旋流動(dòng)；由于渦流作用下，大部分沙粒會(huì)沉積在固沙區(qū)方格沙障內(nèi)，起到凈化攜沙風(fēng)的作用。

3.2 鋪設(shè)間距對(duì)固沙區(qū)流場(chǎng)影響

目前，塑料方格沙障大多采用1 m×1 m的方格規(guī)格，在實(shí)際工程均取得良好防沙效果[11]。其采用木楔或竹片為固定樁，易存在兜風(fēng)現(xiàn)象，造成底部掏蝕進(jìn)而倒伏，致使固沙效率降低[14]。在地面平整的情況下，固沙磚直接鋪砌在固沙區(qū)內(nèi)，通過(guò)固沙磚自身重力及密實(shí)度，可省去固定樁材料、節(jié)約成本，亦能有效防止底部掏蝕情況。由于固沙磚高度設(shè)置為40 cm，需對(duì)固沙磚的間距進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)鋪設(shè)間距。

青海雅丹地區(qū)風(fēng)沙較大，固沙磚的排列間距對(duì)是否能有效阻風(fēng)阻沙有著極大的影響。合適的間距可以使固沙磚間形成渦流，當(dāng)攜沙風(fēng)遇到低速渦流區(qū)時(shí)，一部分沙粒會(huì)因?yàn)橄蛳录羟辛Χ练e，另一部分沙粒會(huì)被渦流帶到固沙磚背風(fēng)側(cè)并逐漸積累。這樣攜沙風(fēng)中的大部分沙粒都會(huì)因?yàn)闇u流作用而沉積在固沙磚間內(nèi)部，從而減弱鐵路路堤受風(fēng)蝕危害。為了探究固沙磚排列間距對(duì)固沙區(qū)流場(chǎng)的影響，分別對(duì)間距0.5、1、2 m三種工況進(jìn)行數(shù)值模擬分析。通過(guò)圖2(a)可以直觀地看出，當(dāng)間距為0.5 m時(shí)，兩磚間還未形成良好渦流，沙粒無(wú)法沉積且極易上揚(yáng)翻越固沙磚；當(dāng)間距為1 m時(shí)，兩磚間形成良好的低速渦流，沙?？梢栽趦纱u間大量沉積；當(dāng)間距為2 m時(shí)，兩磚間雖然也存在兩個(gè)渦流，但是未形成速度差，無(wú)向下剪切力，攜沙風(fēng)經(jīng)過(guò)固沙區(qū)時(shí)沙粒無(wú)法向下沉降。

固沙磚間距為1 m時(shí)速度矢量圖如圖2(b)所示，固沙磚排列內(nèi)部形成兩個(gè)良好的低速渦流，當(dāng)攜沙風(fēng)越過(guò)第一個(gè)固沙磚時(shí)，區(qū)域一與區(qū)域二的速度值相差較大。通過(guò)數(shù)值分析可知，區(qū)域一的風(fēng)速為27～45.8 m/s，區(qū)域二的風(fēng)速為0～18.3 m/s，形成了明顯的速度梯度。沙粒經(jīng)過(guò)區(qū)域一后因?yàn)橄鄬?duì)速度差而向區(qū)域二移動(dòng)，并隨著兩個(gè)低速渦流沉積在固沙磚背風(fēng)側(cè)位置。當(dāng)在固沙區(qū)內(nèi)排列一定范圍的固沙磚后，攜沙風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)，沙粒會(huì)隨著每排固沙磚的阻擋作用而風(fēng)速減弱并依次沉積在固沙區(qū)內(nèi)，起到良好的阻沙效果。因此，當(dāng)固沙磚鋪設(shè)為1 m×1 m的規(guī)格時(shí)，可以充分利用渦旋作用，使大部分沙粒沉積在固沙區(qū)內(nèi)。

圖2 不同間距固沙磚速度云圖及速度矢量圖

3.3 固沙磚孔隙率對(duì)流場(chǎng)的影響

固沙磚的孔隙率是影響阻沙固沙效果的重要參數(shù)之一。若孔隙率過(guò)小，來(lái)流風(fēng)經(jīng)過(guò)固沙區(qū)時(shí)會(huì)大部分繞流，導(dǎo)致上部區(qū)域氣流加速，而固沙區(qū)內(nèi)氣流速度較低，兩者形成很大的速度梯度[17]，無(wú)法在固沙磚之間形成良好的低速渦流；若孔隙率過(guò)大，空氣通過(guò)固沙磚以滲流為主，近地面大量風(fēng)沙經(jīng)過(guò)孔隙進(jìn)入固沙區(qū)，致使沙粒沉積，地表風(fēng)速大于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，而空氣繞流少，固沙區(qū)上部風(fēng)速增長(zhǎng)不大，上下部無(wú)速度差，導(dǎo)致上部無(wú)沙粒沉積，固沙阻沙效果都不理想。

為了分析不同孔隙率的固沙磚在固沙區(qū)內(nèi)阻沙固沙效果，同樣設(shè)來(lái)流風(fēng)速為26.7 m/s，x為計(jì)算流域中風(fēng)速垂直面的坐標(biāo)值，x=0的點(diǎn)位于來(lái)流風(fēng)方向第一排固沙磚底部中心處，固沙磚間距為1 m。固沙區(qū)沿x方向長(zhǎng)度為15 m；β表示固沙磚的孔隙率。研究表明，當(dāng)鋪設(shè)固沙磚作為固沙沙障時(shí)，可以削弱近地面來(lái)流風(fēng)風(fēng)速，從而影響固沙區(qū)內(nèi)及其后一段距離垂直斷面的風(fēng)速值。另外，孔隙率的高低也會(huì)影響空氣通過(guò)固沙區(qū)時(shí)繞流和滲流的比重大小。因此，分別在無(wú)孔及不同孔隙率(5%、10%、20%)情況下，選擇距固沙區(qū)第一排磚0.5、10.5 m，以及經(jīng)過(guò)固沙區(qū)后3 m(即18 m)處進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到圖3、圖4的風(fēng)速廓線圖。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)x=0.5 m時(shí)，來(lái)流風(fēng)向經(jīng)過(guò)第一排磚，風(fēng)速變化最為明顯；x=10.5 m處，經(jīng)過(guò)固沙磚一定距離的阻擋作用，在固沙區(qū)中后部分風(fēng)速減弱區(qū)域穩(wěn)定；研究固沙區(qū)后一定距離可以得出固沙區(qū)的有效防護(hù)距離，設(shè)計(jì)固沙區(qū)與鐵路路基之間的距離。在5倍磚高以上區(qū)域，流場(chǎng)變化基本不受固沙區(qū)的影響，故將y軸坐標(biāo)選擇距地面2.5 m的區(qū)域之間。

圖3 無(wú)孔固沙磚在固沙區(qū)不同位置風(fēng)速廓線

圖3為當(dāng)孔隙率為0時(shí)固沙區(qū)不同位置高度的風(fēng)速變化，3個(gè)位置處的曲線都較為平緩，表明未形成渦流，結(jié)合速度矢量圖說(shuō)明無(wú)孔隙的固沙磚無(wú)法在固沙磚之間充分形成渦流。風(fēng)沙的起動(dòng)風(fēng)速為7～9 m/s，當(dāng)x=18 m時(shí)，近地面風(fēng)速已達(dá)到9.14 m/s，地表的沙粒已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，表明固沙區(qū)的遮蔽距離太短。

無(wú)孔固沙磚阻沙固沙的效果并不理想，故將不同孔隙率(5%、10%、20%)在固沙區(qū)3個(gè)位置處的風(fēng)速廓線進(jìn)行比較。觀察圖4(a)可知，曲線都產(chǎn)生了震蕩，這是因?yàn)闇u旋流動(dòng)的影響。β=20%時(shí)，近地表風(fēng)速已超過(guò)沙粒起動(dòng)風(fēng)速，固沙區(qū)內(nèi)的最大風(fēng)速為27.74 m/s，固沙區(qū)上部風(fēng)速為30.91 m/s，風(fēng)速相差較小，未形成低速渦流；β=10%時(shí)，地表風(fēng)速也已達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速，且曲線震蕩劇烈，幅度達(dá)到10 m/s，沙粒在固沙區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)不易控制；當(dāng)β=5%時(shí)，兩磚之間形成了良好的低速渦流，風(fēng)沙經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)因固沙區(qū)上下部的速度差和渦流而沉積在固沙區(qū)內(nèi)。結(jié)合風(fēng)壓分布圖可知，當(dāng)孔隙率為5%時(shí)，固沙區(qū)上下部風(fēng)壓差較大，向下剪切力較大，有利于固沙區(qū)上部沙粒的沉降。圖4(b)相較圖4(a)，位于固沙區(qū)中后部的風(fēng)速都有明顯的減弱，最高降低幅度為50.46%，且孔隙率為5%時(shí)的風(fēng)速最小，垂直方向上，在兩磚之間，風(fēng)速先從2.58 m/s增加至4.78 m/s，再反向降低至2.06 m/s，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)形成了低速渦流，且其風(fēng)速都低于沙粒起動(dòng)風(fēng)速；而孔隙率為10%時(shí)，渦流已經(jīng)不明顯了。攜沙風(fēng)經(jīng)過(guò)固沙區(qū)后，風(fēng)速輪廓線已經(jīng)基本呈現(xiàn)出對(duì)數(shù)規(guī)律，如圖4(c)，在距地面高度0.9 m以下，同一高度時(shí)，孔隙率10%的風(fēng)速最小，20%的風(fēng)速最大。當(dāng)孔隙率為20%時(shí)，地表近風(fēng)速已經(jīng)高于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，故孔隙率5%和10%都較符合。又根據(jù)風(fēng)壓分布云圖和整體風(fēng)速矢量云圖，可以得出5%孔隙率時(shí)，遮蔽距離最大。

圖4 不同孔隙率的固沙磚在固沙區(qū)的風(fēng)速廓線比較

通過(guò)綜合對(duì)比，比較風(fēng)壓云圖和速度矢量圖，孔隙率為5%時(shí)，整體固沙區(qū)內(nèi)兩磚之間都能形成良好的低速渦流，且近地表風(fēng)速都低于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，固沙區(qū)的遮蔽距離也最大。

4 結(jié)論

(1)青海雅丹地貌區(qū)土壤鹽漠化嚴(yán)重、氣候條件惡劣、風(fēng)速大、多風(fēng)沙，現(xiàn)有固沙設(shè)施都無(wú)法滿足耐久性和有效性等指標(biāo)，因此提出一種不破壞當(dāng)?shù)氐孛箔h(huán)境的新型固沙手段。本文采用當(dāng)?shù)佧}漬土結(jié)合固化劑制成固沙磚，以代替原有固沙沙障，并根據(jù)實(shí)際情況，采用合理的固沙磚設(shè)計(jì)參數(shù)。

(2)固沙沙障的高度會(huì)影響固沙區(qū)周圍的流場(chǎng)形態(tài)。通過(guò)對(duì)不同固沙磚高度進(jìn)行數(shù)值模擬，得出不同高度固沙磚的風(fēng)速廓線變化趨勢(shì)大致相同，基本為倒“S”形；當(dāng)高度為40 cm時(shí)，固沙阻沙效果較好，固沙磚之間產(chǎn)生局部渦流，大部分沙粒會(huì)沉積在固沙區(qū)方格沙障內(nèi)，起到凈化攜沙風(fēng)的作用；固沙區(qū)內(nèi)部風(fēng)速降低最高幅度為93.3%，近地表風(fēng)速小于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，有效遮蔽距離最大，有效遮蔽高度可達(dá)到0.6 m。

(3)青海雅丹地區(qū)風(fēng)沙較大，當(dāng)固沙磚鋪設(shè)為1 m×1 m的規(guī)格時(shí)，可以充分利用渦旋作用，使大部分沙粒沉積在固沙區(qū)內(nèi)；通過(guò)數(shù)值分析可知，固沙區(qū)內(nèi)部與上部的速度差可以達(dá)到27.5 m/s，形成了明顯的速度梯度，有利于攜沙風(fēng)中沙粒沉降。

(4)固沙磚的孔隙率是影響阻沙固沙效果的重要參數(shù)之一。當(dāng)來(lái)流風(fēng)速為26.7 m/s時(shí)，通過(guò)分析不同孔隙率的固沙磚在固沙區(qū)不同位置風(fēng)速廓線得出，孔隙率為5%時(shí)，整體固沙區(qū)內(nèi)兩磚之間都能形成良好的低速渦流，且近地表風(fēng)速都低于沙粒起動(dòng)風(fēng)速，固沙區(qū)的遮蔽效果最優(yōu)。