基于离散单元法的道砟力学特性研究

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1、学校代码：密级：秘密交邊乂攀硕士学位论文基于离散单元法的道砟力学特性研究作者姓名王子杰学科专业道路与铁道工程指导教师井国庆副教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年七月硕士学位论文基于离散单元法的道砟力学特性研宄作者：王子杰导师：井国庆北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际

2、合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：工导师签名身旧文签字曰期：如丨年月曰签字曰期口年月曰学校代码：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文基于离散单元法的道砟力学特性研究作者姓名：王子杰学号：导师姓名：井国庆职称：副教授学位类别：硕士：工学学位级别学科专业：道路与铁道工程研究方向轨道工程北京交通大学年月致谢时光荏苒，日月如梭，转眼间三年的研宄生生活就要过去了，三年中，在老师和同学的帮助下我不敢懈怠，学到了很多，也成长了很多。本论文是在我的导师井国庆老师的悉心指导下完成的。井老师以其

3、严谨的治学态度，丰富的科研经验，渊博的理论知识以及其他方面的言传身教，在我求知的道路上给予了我极大的启迪和帮助。其对道砟研宄与生俱来的热爱和对生活工作积极向上的态度深深地感染了我。研宄生期间，井老师对我亦师—身正为范亦友一尊重学生，恩威并施，事半功倍。在此，谨向我尊敬的导师致以最诚挚的谢意，由衷地祝愿恩师工作顺心，家庭美满，生活幸福！攻读硕士期间，感谢土木建筑工程学院道路与铁道工程系的高亮老师、蔡小培老师、肖宏老师、辛涛老师、时瑾老师和王英杰老师对我生活和科研方面的指导，你们对学生严谨负责的态度是所有老师的楷模。感谢中国铁道科学研究院的曾树谷和

4、郄录朝研宄员对我的指导此外本文的完成离不开师兄弟的帮助，感谢林建、刘贵宪、郭云龙、黄红梅等同学，你们在我的生活和科研中给予了莫大的帮助。永远感谢我的父亲、母亲和女友韩瑜睿，你们为我提供了强大的精神支柱和坚实的后盾，是你们的支持让我能一直走到现在，是你们的鼓励让我能在科研之路上越走越远。感谢你们的关怀和无私奉献，使我能执着于对梦想的追求，愿你们幸福安康！最后感谢北京交通大学对我的培养，饮水思源，难忘红果园！北京交通大学硕士学位论文摘要摘要铁路是国家重要基础设施，作为一种环保、快速、高效的交通运输方式，近年来在国家政策扶持下得到了迅猛发展。有砟轨道

5、凭借其散体特性带来的诸多优势，逐渐成为一种重要的铁路轨道型式，在世界范围内得到了广泛应用。道砟是有砟轨道核心组成部分，它直接承载上部轨道行车荷载，并将荷载分散均匀地传递给下部路基结构。道砟力学特性直接影响道床变形规律和线路稳定性。然而，我国对高速铁路道床的研宄还存在很多不足，传统的连续介质分析理论无法反映散体道砟的服役状态和应力应变特性，难以从细观角度分析散体道砟细观参数对宏观力学特性的影响等诸多关键问题。这直接导致了对高速铁路道砟力学特性认识的不足，影响了有砟道床在国内的推广和应用。本文针对现有研宄的不足，应用离散单元法探索道砟细观力学特性，

6、研宄道砟颗粒形状、围压、级配、压实度及轴向应力等参数对其体积应变、轴向残余变形、道床弹性模量等指标的影响规律，为有砟道床尺寸设计以及建设与维护过程中参数的选取提供参考依据。通过对应的数值模拟试验还可以从细观角度研究试样内部受力分布、颗粒相对位移等情况，有利于进一步解释有砟道床的服役状态与病变机理，同时这一方法缩短了研宄周期，节省了研宄费用，具有较高的研宄价值。论文的主要工作和创新点如下：在离散元理论研宄的基础上，应用离散单元法颗粒流平台，系统研宄了道砟颗粒形状的模拟及道砟试验的建模方法：通过自编程序建立不规则颗粒簇单元模拟道砟复杂颗粒形状；以此

7、单元为基础建立道砟直剪试验和三轴试验模型，研宄道砟应力应变特性；按照中国高速铁路标准，建立了全尺寸道床模型，通过试验模拟分析了道床横向阻力变化规律。开展了道砟室内直剪试验，将结果与离散元模拟对比分析，从宏观和细观角度分析散体道砟颗粒在直剪试验过程中的基础力学特性。伺服条件下建立道砟三轴试验散粒体模型，进行数值三轴试验模拟，探讨偏应力、体应变、围压、体积应变与轴应变之间的关系，反应道砟基本力学特性结果表明围压对道砟散体变形、最大偏应力、偏应力比值具有影响，其中随着围压提高道砟变形降低，因此在有砟道床设计和养护维修中，注重道床的压实北京交通大学硕士

8、学位论文摘要有利于增大道床围压降低道床沉降与变形。以我国高速铁路有砟道床为研宄对象，进行道床横向阻力试验，定量研宄砟肩、枕心和枕底对轨枕横向阻力分担比