基于離散元法的高速鐵路有砟道床力學(xué)特性研究.pdf

1、有砟軌道是一種重要的軌道結(jié)構(gòu)型式，它以突出的優(yōu)點(diǎn)在全世界得到了廣泛應(yīng)用。然而，我國(guó)對(duì)高速鐵路有砟軌道的研究存在很多不足，許多關(guān)鍵科學(xué)難題尚未解決，傳統(tǒng)的有限元法無法分析散體道砟的許多重要問題，如道砟級(jí)配、顆粒破碎、道床縱橫向阻力等，導(dǎo)致對(duì)高速鐵路有砟道床的力學(xué)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，嚴(yán)重影響了有砟軌道在高速鐵路中的推廣應(yīng)用。
　　本論文針對(duì)當(dāng)前研究的不足，在綜合分析國(guó)內(nèi)外有砟軌道應(yīng)用和研究的基礎(chǔ)上，利用離散元法，建立了有砟道床三維離散元模型

2、，并結(jié)合靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，從試驗(yàn)和數(shù)值仿真的角度對(duì)高速鐵路有砟道床的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，針對(duì)高速鐵路有砟道床的劣化提出了有益建議。本文的主要工作和成果如下:
　　1、系統(tǒng)地研究了道砟參數(shù)對(duì)道床力學(xué)性能的影響規(guī)律
　　鐵路道砟屬于離散顆粒，其粒徑大小、道床密度、顆粒摩擦系數(shù)和道砟級(jí)配等參數(shù)對(duì)道床的力學(xué)性能有顯著影響，國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)道砟基本參數(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。本文基于顆粒離散元理論，利用PFC3D中的球體單元，建立了高速鐵路

3、有砟道床三維離散元模型，首次系統(tǒng)地研究了道床密度、道砟摩擦系數(shù)和道砟級(jí)配等參數(shù)對(duì)道床力學(xué)性能的影響，并分析了道床縱橫向阻力的變化規(guī)律。
　　2、建立了基于可破碎道砟cluster的道床離散元模型，分析了循環(huán)荷載下道砟顆粒的破碎規(guī)律
　　在高速列車的反復(fù)沖擊荷載下，鐵路道砟會(huì)發(fā)生粉化和破碎，嚴(yán)重影響有砟道床的力學(xué)性能，國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵路道砟的破碎機(jī)理研究存在不足，對(duì)于道砟破碎和道床劣化過程不明晰。本文基于PFC3D，通過自編程序建立

4、了可破碎顆粒組合體cluster，研究循環(huán)荷載下道床的力學(xué)性能，重點(diǎn)研究了道砟顆粒破碎位置和破碎數(shù)目，并分析了荷載頻率、荷載峰值和bond鍵粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)道床力學(xué)性能的影響。
　　3、建立了彈性軌枕-道床離散元模型，研究了彈性軌枕對(duì)延緩道床劣化的作用機(jī)理
　　高速鐵路有砟道床在橋梁、隧道處往往出現(xiàn)道床厚度不足、剛度過大的問題，彈性軌枕是增加道床彈性的一種有效方法，既有的研究多是采用有限元法分析彈性軌枕對(duì)道床力學(xué)性能的影響。本文采

5、用離散元法，建立了彈性軌枕-道床離散元模型，分析了循環(huán)荷載下彈性軌枕對(duì)道床振動(dòng)、道砟破碎等的影響。同時(shí)，還進(jìn)一步研究了彈性軌枕枕下膠墊剛度、膠墊密度和膠墊摩擦系數(shù)對(duì)彈性軌枕性能的影響，為彈性軌枕枕下膠墊參數(shù)選擇提供了合理的建議。
　　4、建立了土工格柵離散元模型，從細(xì)觀角度研究了土工格柵與道砟顆粒間的相互作用機(jī)理
　　道床沉降是影響有砟道床養(yǎng)護(hù)維修周期的一個(gè)重要因素，土工格柵作為一種散體顆粒的加筋材料，可顯著增強(qiáng)顆粒間的咬合