鐵路碎石道砟靜態(tài)壓碎行為數(shù)值模擬

張 徐， 趙春發(fā)， 翟婉明

(西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610031)

大量現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，在列車荷載長(zhǎng)期往復(fù)作用 下，道床內(nèi)部的碎石道砟會(huì)出現(xiàn)不同程度的破碎與粉化現(xiàn)象［1］. 道砟破碎和粉化會(huì)導(dǎo)致道床臟污與板結(jié)，使道床彈性下降，并增強(qiáng)輪軌動(dòng)力作用，加快道床宏觀殘余變形和軌道結(jié)構(gòu)沉降，進(jìn)而惡化軌面幾何狀態(tài)，加劇輪軌動(dòng)力作用.如此惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)超過安全使用限度，引發(fā)行車安全事故.我國既有鐵路經(jīng)過6 次大提速后，干線旅客列車最高時(shí)速達(dá)到200 km/h 以上;2008 年以來，建成并開通時(shí)速200 km/h 以上高速鐵路1 萬余km(截止2013 年底).伴隨我國鐵路提速與高速化發(fā)展，道砟破碎、粉化導(dǎo)致的有砟軌道道床病害問題日益突出，由道床病害引起的軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量顯著增加，這需要深入研究碎石道砟及散體道床的力學(xué)行為與劣化機(jī)理，并在掌握道砟破壞和道床變形基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)展、完善提速及高速有砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)維修理論與方法.

道砟破碎與道砟顆粒強(qiáng)度及其承受的荷載有關(guān)，也與道砟材質(zhì)及其內(nèi)部應(yīng)力分布、微裂縫缺陷有關(guān)［2］，研究單個(gè)道砟破碎的細(xì)觀力學(xué)行為有利于揭示道砟顆粒間相互接觸導(dǎo)致破碎的機(jī)理.國內(nèi)外學(xué)者通過靜態(tài)壓碎試驗(yàn)研究了道砟顆粒的強(qiáng)度特征，如McDowell、蘇勇等分別測(cè)試了粒徑10 ～50 mm 道砟的靜態(tài)壓碎強(qiáng)度，指出單顆粒道砟靜態(tài)壓碎的特征強(qiáng)度服從Weibull 分布［3-5］.

室內(nèi)試驗(yàn)可……