兰新高铁是我国首条穿越戈壁大风区的高速铁路，自东向西途径烟墩、百里、三十里和达坂城等四大风区，大风区路段长达462.41km，占新疆段线路总长的65％。这些大风区多分布在山脉风口及其下风向，具有风速高、风季长、风向稳定和起风速度快等特点，加之，地表类型以戈壁为主，在大风作用下，极易形成戈壁风沙/砾流，其所挟沙/砾冲击力强，不仅造成铁路轨道积沙严重，同时对道路交通设施产生极大的破坏作用，大风驱动下的风沙/砾灾害是兰新高铁安全运营所面临的首要问题。由于大风条件下的戈壁风沙/砾灾害过程研究不足、理论研究滞后，兰新高铁既有防沙工程难以确保列车在特大风沙天气下安全运营。因此，亟待开展兰新高铁戈壁大风区风沙灾害形成机理及防治研究，揭示戈壁大风区风沙/砾流运动规律、致灾机理，提出戈壁大风区风沙灾害防治原理与对策，为兰新高铁沙害防治提供科学依据，保障其安全运营。本文以烟墩风区和百里风区为例，通过野外风沙观测和室内风洞模拟实验等方法，对戈壁大风区风沙环境特征、沙害形成原因及风沙/砾流运动规律等风沙灾害形成机理问题开展了研究，筛选了适宜于戈壁大风区的防沙材料，并构建了相应的工程防沙体系。主要研究结论如下:　　(1)气象观测及数据计算表明，烟墩风区年输沙势为264.21VU，属于中风能环境，年最大可能输沙量为458.87kg·m-1·a-1，输沙方向为WSW，与铁路夹角73.13°;百里风区年输沙势为1129.41VU，属于超高风能环境，年最大可能输沙量为805.90kg·m-1·a-1，输沙方向为SSE，与铁路夹角68.80°。两大风区输沙方向均与铁路走向大角度相交，不但使沙粒容易上路，同时对导沙工程的实施造成极大难度。　　(2)三维风速野外断面观测结果表明，戈壁大风区复杂地形对气流的加速作用是造成铁路沿线大风频发的重要原因。在百里风区，沿七角井垭口翻越天山山脉的北方冷空气，在重力下沉作用下沿山前洪积扇俯冲加速，水平风速最大可增加2.4倍，下风向沟谷地形的“狭管效应”使气流速度再次增加1.46倍，从而造成高铁沿线的特大风沙灾害。受地形及地表粗糙度影响，戈壁大风区气流湍流强度的水平分量介于0.2～0.4之间、垂直分量介于0.5～0.9之间，均远大于一般沙漠、戈壁地区，强湍流使沙粒易于起动、气流输沙能力增强、沙粒跃移高度增高，也是造成戈壁大风区铁路沙害严重的原因之一。因此，在戈壁大风区风沙灾害防治过程中，既要降低风速，又要设法降低气流湍流度。　　(3)路堤对气流的扰动作用是铁路沙害的成因之一，受路堤抬升作用影响，气流沿路堤迎风坡面剧烈加速，与固定观测点相比，路堤迎风坡顶部水平风速和垂向风速最大增加2.65和17.45倍，在如此大的水平和上升气流作用下，原本贴近地表运行的跃移沙粒被悬起搬运至路基之上，而路基顶部近地层风速的突然降低使沙粒大量沉降，从而造成铁路轨道沙害。另外，路堤背风坡脚下风向40m范围内的回涡气流，在大风条件下同样可将下风向地表沙粒带至铁路路基，形成沙害。　　(4)野外输沙通量观测结果表明，戈壁大风区输沙高度高达9m，输沙率随高度增加指数递减。百里风区风速大、沙砾粗，跃移颗粒分布高度大于3m;烟墩风区风速小、沙粒细，跃移颗粒分布高度为2m。沙粒跃移高度模拟试验结果表明，沙粒越粗弹跳高度越高，50m/s风速下，粗沙、中沙、细沙的弹跳高度均超过3m;30m/s风速下，粗沙和中沙弹跳高超过于2m，细沙弹跳高度超过1.5m。结合野外观测和室内模拟试验结果认为，百里风区沙砾跃移层高度大于3m，烟墩风区沙粒跃移层高度大于2m。据此，在兰新高铁工程防沙设计时，百里风区阻沙措施高度应不低于3m，烟墩风区应不低于2m。　　(5)为降低戈壁大风区风速和湍流强度，有效拦截沙源，设计和筛选了编织网和冲孔板两种金属材料阻沙栅栏，并在风洞内对其防护效果进行了模拟实验。实验结果表明，设置双排栅栏时，编织网和冲孔板阻沙栅栏下风向风速减弱率最大可达70.81％和82.53％，阻沙效率可达86.68％和86.61％，栅栏防护距离均为30H。同时，气流沿栅栏孔隙平稳通过，未在栅栏下风向产生反向流和涡旋区，有效降低了气流湍流度。　　(6)氯氧镁水泥基固沙障是以风积沙为填料的一种新型防沙材料，其最大优点是可以做到以沙治沙。对不同疏透度镁水泥基固沙障固沙效率开展了风洞模拟实验，实验结果表明，当疏透度为20％时，沙障固沙效率高达94.56％。利用该种材料制成高立式大网格固沙障，可兼具固沙和阻沙双重功能，适宜于戈壁大风区非饱和过境风沙/砾流的防治。　　(7)基于以上研究，确定了以阻为主、阻固结合的戈壁大风区工程防沙原则，结合风况和地形特征，在兰新高铁沙害最为严重的K2812+20～K2813+720路段建立了工程防沙体系试验示范段，防护体系由前沿阻沙带和高立式固沙带两部分组成。对已建成的阻沙带防护效益进行了短期观测，经过6次强风天气过程之后，阻沙带下风向输沙量减少87.87％。防护体系整体防护效益有待试验示范段建设完成后进一步观测。