高速铁路散粒体道床宏细观力学行为的数值模拟与试验研究

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1、国内图书分类号：U213;U215;U216;U238密级：公开国际图书分类号：624;625西南交通大学研究生学位论文高速铁路散粒体道床宏细观力学行为的数值模拟与试验研究年级2012级姓名张徐申请学位级别工学博士专业车辆工程指导老师翟婉明院士二零一七年六月一日ClassifiedIndex:U213;U215;U216;U238U.D.C:624;625SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationNUMERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTSTUDYONMACRO-MESOMECHANICALBEHAV

2、IORSOFHIGH-SPEEDRAILWAYBALLASTGrade:2012Candidate:ZhangXuAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.ZhaiWanmingJun.1,2017Ｍ■西南交通大学学位论文版权使用授权书ｉｆ■：：论文作者完全了鮮校有关■、使鮮位论文關定，同意＃＝ｔ：４棚家有关部门雜腿交论文随雜和电子版，允许论文被§ｊ本人授棚較献学可＿本论文触部■分容编Ａ有关ｈＩｓ学位论文属于‘：．呆密□

3、，在年解密后适用本授权书Ｉ；不保密＆使财授权书。１二■学位论文作者签名：指导老师签名：＼曰期：＞，，曰期：彡％，７，厂ｐ３Ｉ１Ｖ■西南交通大学博士学位论文创新性声明ＩＩ＝人郑Ｓ声目：所呈交的学位论文，导彳輸导下独Ｓｉｔ行研虹作＾。文巾已经注明用的ｆｔ容外，本论文不包含彳￡何其他个人Ｓ１经魏賴写肋職成｜｜。对本文的職做丨贡雜个人雜体，：：丨打巾作了賴關目。本人完全意识到本声＿祕结獅本人帛Ｉ样位论咖主翻，■、如了：■１）针＾麵高速铁路散粒体ｉｔ床，构建了特三雜实几何＃彡｜＇ｉｒｅ离散元模型数据库，编

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5、的累积变形试验时考ｉｇ荷载作獅脾和间歇时间的重。（要性体现在＆６、７Ｘ第章）雜论文作■Ｉ者签名：■■曰期：／，２７，３＇丨．Ｉ西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要相对于传统普速铁路，高速铁路散粒体道床承受着高密度、高速度的列车动荷载的作用，对道床累积变形及其服役状态带来不利影响，如控制不当将增加线路的养护维修工作量。为了掌握高速运营条件下散粒体道床的动态性能演变和累积变形规律，为高速铁路散粒体道床设计与养护维修提供理论指导，有必要针对我国高速铁路散粒体道床的结构和工作特征，从宏观和细观尺度深入研究散粒体道床的力学行为和劣化机理。鉴于此，本文通过开

6、展实验室试验，并引入离散元数值方法，研究了高速铁路散粒体道床的宏细观力学行为。论文在高速铁路道砟的细观尺度离散元建模研究方面，采用三维激光扫描仪高精度地提取并重构了高速铁路道砟的不规则几何形态，提出了能够模拟高速铁路道砟真实不规则几何形态的离散元建模方法。建立了高速铁路道砟几何形态和离散元模型数据库，编制了高速铁路道砟离散元自动建模程序。在高速铁路道砟的宏细观力学行为研究方面，开展了道砟静态压碎实验和直剪实验，并进行了离散元模拟分析。通过测试静态压缩条件下道砟的荷载-位移响应，统计分析了高速铁路道砟的强度特征。采用黏结颗粒模拟了道砟的静态压碎行为，分析了道砟内部接触力链的演化与裂隙

7、扩展过程，揭示了道砟静态压碎时的破碎机理。采用自制的大型道砟直剪实验仪，开展了高速铁路道砟的直剪实验，测试获得了高速铁路道砟的抗剪强度和剪切变形特性。建立离散元模型模拟了高速铁路道砟的直剪行为，标定了道砟的细观接触力学参数，并分析了直剪过程中道砟的接触力链分布、接触力各项异性演化以及道砟颗粒的运动趋势等细观力学行为。在构建道砟细观尺度模型并获得道砟基础力学性能的基础上，通过二维和三维离散元模拟分析，深入研究了高速铁路散粒体道床的宏细观动态行为特征。建立高速铁路有砟轨道