道砟基本力學(xué)特性及格柵加固機(jī)理研究.pdf

1、高速化與重載化已經(jīng)成為鐵路發(fā)展重要方向。高速鐵路軌道長期存在有砟軌道和無砟軌道兩種結(jié)構(gòu)形式。無砟軌道具有穩(wěn)定性好，維修工作量少等特點，我國高速鐵路以無砟軌道為主要結(jié)構(gòu)形式;但有砟軌道具有良好的減振性能，在大跨度橋梁和高架車站仍采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。在有砟軌道高速化和大運(yùn)量趨勢下，道砟破碎、粉化，失去彈性，板結(jié)，軌道幾何形位難以保持，長期運(yùn)營下軌枕空吊、道床不均勻沉降等，這些問題嚴(yán)重影響了有砟軌道在高速鐵路中的大面積推廣應(yīng)用。針對有砟軌道道床

2、劣化，目前國外研究者提出土工格柵加固措施，并開展廣泛研究驗證了土工格柵加固有砟道床的可行性、有效性。而我國對道砟力學(xué)性能、土工格柵加固有砟道床研究甚少。
　　因此，本文通過試驗及離散單元法數(shù)值分析對道砟力學(xué)特性以及土工格柵加固有砟軌道道床開展了宏、細(xì)觀深入研究。論文研究成果對我國高速鐵路的發(fā)展具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
　　本論文主要包括以下研究內(nèi)容:
　　進(jìn)行道砟三軸單調(diào)壓縮試驗，分別施加圍壓10kPa，30kPa和

3、60kPa，研究道砟偏應(yīng)力、體積應(yīng)變以及尖角折斷發(fā)展變化規(guī)律。進(jìn)行道砟直剪試驗，分別施加豎向應(yīng)力50kPa、100kPa、150kPa和200kPa，研究剪切力、位移等參數(shù)的變化規(guī)律。對以上試驗進(jìn)行離散單元法數(shù)值分析，建立道砟離散元模型，將計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比驗證模型正確性。對道砟位移、破碎情況進(jìn)行統(tǒng)計及分析，并研究道砟接觸力分布、應(yīng)力變化等細(xì)觀力學(xué)機(jī)理。
　　建立格柵離散元模型，通過拉伸試驗數(shù)值分析進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)校核。對不同孔徑

4、(30mm*30mm、50mm*50mm、65mm*65mm、75mm*75mm)格柵模型進(jìn)行拉拔試驗數(shù)值分析，從細(xì)觀力學(xué)角度上揭示道砟-土工格柵力學(xué)特性和加固效果，分析拉拔阻力及接觸力分布，初步得出格柵加固有砟軌道道床的最佳孔徑尺寸。在此基礎(chǔ)上，建立道床格柵離散元模型，施加豎向正弦荷載，對格柵模型在不同深度時道床沉降、道砟應(yīng)力大小及分布進(jìn)行研究。結(jié)果顯示土工格柵能夠有效降低道床塑形沉降，不影響彈性沉降，距離道床底部100mm時格柵加固