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原文传递道砟垫与道床细观接触行为及对道床力学性能的影响

论文题名：	道砟垫与道床细观接触行为及对道床力学性能的影响
关键词：	有砟道床;道砟垫;细观接触行为;力学性能
摘要：	有砟轨道占我国铁路运营里程3/4以上，是我国最主要的轨道结构形式，主要是因为有砟轨道弹性良好、价格低廉、维修方便等，并且在某些特殊工程条件下成为唯一选择。但随着铁路高速、重载的发展，桥梁和隧道等刚性下部基础的有砟轨道区段却存在着弹性差、振动大、劣化快等问题。如何解决上述问题成为了当前轨道结构领域内的研究热点，主要有道砟垫、加筋道床、固化道床、弹性轨枕等。相较而言，道砟垫具有结构简单、施工容易、铺设后不影响道床维修作业、使用寿命长、成本较低等优点。　　本文系统性地梳理了道砟垫技术的研究现状，在此基础上，开展了以下研究工作：　　通过试验方法探究了为何国内外道砟垫力学性能试验技术标准采用了具备不同几何特征的加载板（即FP与GBP），试验结果表明原因是既有研究关于道砟垫与道砟的细观接触行为尚无定论；为解决上述问题，设计了道砟垫与道砟相互接触的空间几何特征测定试验，通过数字重建获得了接触面积随接触深度变化规律和接触点平面分布规律；基于以上规律设计了新加载板ABP，并对其优化效果展开了重点研究；在验证了ABP的优越性后，总结了采用ABP开展道砟垫疲劳试验的方法，可用于优化我国目前道砟垫技术标准中的试验方法。　　通过对多面体接触本构模型、道砟垫离散弹性正方体单元的模拟方法、道砟颗粒多面体数值模型、道砟垫与道砟接触参数试验测定的研究，建立了道砟垫-有砟道床离散单元数值模型，为开展道砟垫-有砟道床的宏细观研究提供了研究方法。通过多种工况的道砟垫-有砟道床道砟箱模型研究了常规厚度道床和厚度不足道床两种工况下道砟垫对道床力学行为的影响规律、道砟垫对道床变形的影响规律、道砟垫对道床动力响应的影响规律。对于常规厚度道床的研究结果表明：铺设道砟垫使得力传递角度扩大，更多的道砟颗粒参与受力，降低了道砟颗粒间接触力，减小了道床底部道砟颗粒受力，从而改善了道床的受力状态，起到了保护道砟的作用；铺设道砟垫可以改善刚性下部基础区段的道床动刚度，提高轨道结构弹性，进而延缓了有砟道床劣化；铺设道砟垫使得道床的沉降速率、轨枕振动加速度和道床振动加速度有所增加，但只要道砟垫力学参数选择合理，则与普通有砟轨道相差无几，道砟垫有砟轨道系统结构的设计应统筹多因素。对于厚度不足道床的研究结果表明：道床厚度不足会严重影响有砟道床服役状态，表现为道床刚度、道床沉降速率、道床底部道砟受力、轨枕振动加速度等大幅增加，而对厚度不足道床铺设道砟垫可以使更多的道砟颗粒参与受力，降低颗粒间接触力最大值、使得道床受力更均匀，从而改善了厚度不足道床的受力状态，说明了厚度不足道床区段铺设道砟垫的必要性。
作者：	韩宏洋
专业：	道路与铁道工程
导师：	王树国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2023