客运专线有砟轨道碎石道床变形机制及影响因素研究

At present the deformation mechanism of the ballast bed from passenger dedicated line under wheel-rail dynamical interaction is still under-researched. And the influence of ballast particles abrasion and rearrangement on ballast bed deformation because of wheel-rail repeated impact is considered very little. Based upon vehicle of passenger dedicated line and track interaction, wheel-rail contact and rock particles friction-wear theory, this project will research the calculation method of ballast bed deformation from passenger dedicated line. And the deformation calculation model for the ballast bed from passenger dedicated line which can consider ballast particles wear will be proposed. Via laboratory experiment, observation on-site and discrete element theory，the deformation process of the ballast bed for passenger dedicated line can be simulated. So the deformation mechanism of the ballast bed for passenger dedicated line and the influencing factors can be analyzed. The emphasis lies on accumulated deformation developing process of ballast bed.So that the deformation discipline, conditions and characteristics can be determined too. Finally, the deformation mechanism of ballast particle-bed under the passenger dedicated-line condition can be presented.

目前，对于客运专线碎石道床在客运专线轮轨动态相互作用下的变形机理及其影响因素还尚未得到系统研究，对于轮轨反复冲击造成碎石道床颗粒磨损、重新排列对道床变形的影响考虑较少。本研究在客运专线车辆-轨道相互作用、轮轨接触、岩石散粒体摩擦-磨损理论的基础上，拟对客运专线碎石道床变形的计算方法进行研究，建立可考虑碎石颗粒磨损的客运专线碎石道床变形计算模型；采用室内试验、现场观测和离散元理论对客运专线碎石道床的变形过程进行模拟，分析客运专线有砟轨道道床的变形机理和影响因素，重点研究道床累积变形的发展过程,寻找其变形规律、确定其变形条件和特征，从而提出我国客运专线条件下的有砟轨道道床变形机理。

在列车高密度、高速运行条件下，客运专线有砟轨道承受的振动与冲击增加，轨道破坏速度加剧，线路养护维修工作量增加，及时了解和掌控轨道状态及其变化趋势，合理制订一套能有效处理运输和养护维修间矛盾的管理体系是铁路发展的趋势和必然要求，因而迫切需要对客运专线运输条件下有砟轨道变形机理及影响因素开展研究。. 本研究基于车辆-轨道相互作用、轮轨接触、散粒体摩擦-磨损理论，对客运专线碎石道床变形的计算方法进行研究，建立了可考虑颗粒磨损的道床变形计算模型，采用室内试验、离散元分析软件对碎石道床的变形过程进行了模拟，研究了有砟轨道碎石道床累积变形的机理。. 研究采用多面体道砟单元对客运专线碎石道床在列车反复荷载作用下的动力过程进行离散元分析，初步确定了道床累计沉降的变化规律。同时对我国温福客专、合武客专等线路轨道不平顺进行了现场测试，分析了我国客运专线轨道不平顺的状态、水平及特征，提出了我国客运专线轨道不平顺功率谱表达式。. 研究的关键数据有：（1）轨枕累积沉降值在加载初期增加较快，随着加载次数增加沉降趋于稳定，沉降值增加速率逐渐减小。构造的多面体单元能够合理模拟道砟材料的动力行为。（2）通过对我国客运专线轨道不平顺特性进行了实测分析，提出了我国客运专线轨道不平顺谱拟合公式。. 本研究的意义，相对于传统有限元分析，本课题建立的道砟离散元模型可考虑道砟颗粒破碎、颗粒形状和颗粒大小对有砟道床沉降和动力响应的影响。本模型可用于预测道床沉降变形，并利用道床下沉速率及道砟颗粒破碎指标BBI值评估轨道状态，为养护维修计划的制定提供参考，具有重要的实用价值；同时数值分析得出动应力分布及衰减规律为道砟优化设计提供了一定参考依据，为道床颗粒级配的选定提供理论分析上的参考。