高速鐵路道砟形態(tài)特征量化方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、在高速鐵路有砟軌道中，散粒體道床已經(jīng)成為軌道結(jié)構(gòu)中比較薄弱的環(huán)節(jié)，嚴重影響著高速鐵路在長期服役下的行車安全性、舒適性和軌道養(yǎng)護維修工作量。隨著客運高速化和貨運重載化為特征的現(xiàn)代鐵路網(wǎng)成為國家交通發(fā)展的重大戰(zhàn)略，針對有砟軌道高速化和大運量帶來的長期服役下的一系列問題，開展與之相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)迫在眉睫。然而基于連續(xù)介質(zhì)的彈塑性模型難以準(zhǔn)確描述級配碎石細觀組構(gòu)、支撐骨架、散粒體顆粒性和力學(xué)非線性，也無法在顆粒尺寸分布（級配）范

2、圍內(nèi)分析和研究不同粒級道砟形態(tài)特征對材料宏觀力學(xué)性能的影響，而級配碎石道砟顆粒尺寸分布和形態(tài)特征對集料力學(xué)性能具有重要影響。因此針對鐵路級配碎石復(fù)雜的形態(tài)特征和散粒體特性，引入離散單元法(DEM)，一方面可以從道砟形態(tài)特征出發(fā)開展道砟的細觀接觸力學(xué)行為研究和探索級配碎石道砟的力學(xué)性能演變規(guī)律;另一方面還可以通過數(shù)值模擬完成一些由于經(jīng)費、時間、技術(shù)等因素制約而無法實施的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場檢測，從而提高試驗效率，豐富研究手段。
　　 本

3、文主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、本文以西南交通大學(xué)軌道交通實驗室鋪設(shè)的高速鐵路道砟為研究對象，建立高速鐵路道砟數(shù)據(jù)庫樣本。針對道砟本身的宏觀形狀、中觀棱角以及細觀紋理的形態(tài)特征，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)(DIP)，應(yīng)用碎石塊體形態(tài)分析方法，開展道砟形態(tài)特征的描述方法研究，然后編制級配生成程序，研究其級配條件下的形態(tài)特征量化方法。結(jié)果表明，傅里葉形態(tài)分析方法很好地直接地反映了道砟的真實形態(tài)特征，并據(jù)此提出了高速鐵路級配碎石的形狀、棱角

4、和紋理特征量化方法。
　　 2、基于DIP采用形態(tài)特征分析方法探索級配粒級判定閾值Xb的修正方法和道砟片狀閾值，針狀閾值的確定方法及其形態(tài)量化方法，為基于DIP的級配碎石篩分系統(tǒng)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
　　 3、應(yīng)用DIP，基于PFC2D研究了高速鐵路道砟DEM建模方法，相比四邊形單元法，本文以六邊形單元法建立高速鐵路道砟模型。然后編制了級配生成程序組裝級配碎石雙軸數(shù)值模型，探索理想道砟（球形顆粒）細觀參數(shù)和真實道砟的單