鐵路道床有砟-無砟過渡段動力特性的DEM-FEM耦合分析

邵 帥， 呂泉江， 嚴 穎， 季順迎＊

（1.內蒙古大學 交通學院，呼和浩特010070；2.大連理工大學 工業裝備結構分析國家重點實驗室，大連116024；3.大連交通大學 土木與安全工程學院，大連116028）

1 引 言

以混凝土或瀝青砂漿組成的無砟軌道結構形式在我國高速鐵路線路上廣泛應用，但對于不良地質和大跨度橋梁等地段，仍為有砟軌道設計，不可避免地會遇到有砟和無砟道床的過渡段。在有砟-無砟軌道過渡段，由于材料和剛度等方面的差異，產生和存在的沉降差異較大。隨著沉降差的增大，將導致列車產生垂向加速度，對軌道產生很大的豎向沖擊力，加速軌道結構的劣化。因此，在過渡段采取相應的措施減少沉降差十分必要。在施工過程中可采用將道砟顆粒嵌入無砟道床的方式增加道砟顆粒之間的咬合力，降低沉降量，保證過渡段道床的穩定。

有砟道床作為一種散體材料，具有很強的非均勻、非連續性和各項異性等非線性性質［1］。道砟顆粒的非規則形狀對整體道床的穩定性起到重要作用［2］。離散元方法作為一種有效的數值方法，在模擬散體材料時具有很大的優勢［3－4］。Cundall等［5］提出離散單元法之后，該方法廣泛地用于分析道砟材料的力學行為［6－9］。目前，對非規則道砟的形態描述主要有粘結單元和鑲嵌單元。粘結單元是由球形顆粒在不同位置進行組合生成的可破碎組合單元，當顆粒間的力大于粘結強度時，粘結單元可發生破壞［10］。采用粘結單元可模擬單個道砟的破碎過程［11］，也可以模擬列車荷載下道砟道床的顆粒破碎［8，12，13］。……