高速鐵路有砟道床二維離散元數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，我國高鐵總里程達(dá)到一萬公里以上，營運(yùn)高速鐵路里程穩(wěn)居世界第一。鐵路高速化的發(fā)展，導(dǎo)致有砟軌道在列車循環(huán)動載荷作用下承受的振動和沖擊加劇，軌道破壞速度加快，線路養(yǎng)護(hù)維修工作量增大。如何使高速鐵路有砟軌道能夠長期、安全、穩(wěn)定地運(yùn)營，是一個至關(guān)重要、日益突出而又亟待解決的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，有砟軌道沉降中的90％以上是由道床下沉引起的，有砟軌道80％的養(yǎng)護(hù)維修工作是圍繞整治道床或道床病害引起的其它軌道病害問題開展的

2、。因此，伴隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，對高速鐵路有砟道床開展研究工作具有重要意義。
　　本文在簡要概述國內(nèi)外道砟或碎石集料研究、有砟道床試驗研究以及離散單元法數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，采用二維離散元軟件PFC2D對高速鐵路特級道砟和道床進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，主要研究工作及結(jié)論有:(1)建立了高速鐵路特級道砟樣本數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫內(nèi)道砟進(jìn)行單軸壓碎數(shù)值模擬試驗，并按尺寸等級進(jìn)行Weibull統(tǒng)計，得到不同尺寸等級道砟顆粒殘存概率37％的特征強(qiáng)度

3、?？紤]到道砟在道床內(nèi)位置和位置的隨機(jī)性，本文針對某一特定道砟進(jìn)行不同位置的單軸壓碎數(shù)值模擬試驗，就加載位置對道砟破碎強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析。(2)三軸試驗是研究道床特性的重要方法之一。本文在對高速鐵路特級道砟進(jìn)行雙軸試驗數(shù)值模擬，分別對雙軸試驗?zāi)Ｐ褪┘訂握{(diào)載荷和循環(huán)簡諧載荷。分析了圍壓對模型強(qiáng)度和軸向應(yīng)變的影響，結(jié)果表明，圍壓對模型強(qiáng)度和軸向應(yīng)變存在一定的影響，在適當(dāng)范圍內(nèi)提高圍壓有利于提高模型的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;分析了加載速度對模型內(nèi)部顆粒

4、的影響，分析發(fā)現(xiàn)，在沖擊載荷作用下，模型內(nèi)顆粒更容易發(fā)生破碎;分析了循環(huán)簡諧載荷頻率和幅值對模型軸向應(yīng)變的影響，發(fā)現(xiàn)載荷頻率和載荷對模型軸向應(yīng)變均存在一定的影響。(3)為深入研究高速鐵路有砟道床在載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)，建立了高速鐵路有砟道床縱斷面三軌枕數(shù)值模型，分別對模型施加循環(huán)簡諧載荷和列車動載荷。對簡諧載荷的幅值和頻率對軌枕和道床的位移、速度以及加速度的影響進(jìn)行了研究。分析了道床模型在列車動載荷作用下軌枕和道床的位移、速度和加速度的