含沙铁路道碴力学行为研究

论文摘要

我国大部分的铁路线路为有碴轨道结构。在有碴轨道结构中,道碴层是轨道下部基础设施中最重要的部分,在承受列车荷载的同时还受到环境的影响。因此,道碴的变形和沉降退化直接影响着轨道的状态。在风沙区,细沙的贯入对有碴道床的弹性和沉降量有很大的影响,是造成道床板结进而失去弹性的重要因素。目前我国针对细沙对道碴力学行为影响的研究尚未涉及,因此通过研究不同含沙率下有碴道床的弹性和累计沉降特性,本文有助于人们对含沙道碴力学行为的理解,具有重要的工程意义。本论文结合力学试验和离散单元数值模拟,对含沙道碴的宏细观力学行为和性质进行了研究,主要做了如下几方面工作：1.通过径向压碎的试验方法对单个道碴颗粒的强度进行了计算,并基于威布尔断裂统计理论对一定粒径范围道碴颗粒的平均强度进行了估计。2.设计了准静态加载试验装置和方案,对不同含沙率下道碴的弹性模量进行了试验研究；采用离散单元程序对试验进行了数值模拟,模拟分析了试验中颗粒的接触力、配位数以及力链分布等微观力学信息。3.通过含沙道碴箱试验,得到了不同含沙率下铁路道碴的累积沉降曲线,并对累积沉降曲线进行了幂指数拟合,拟合结果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题工程背景及研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 试验研究进展
• 1.2.2 离散单元法数值模拟研究进展
• 1.3 离散单元法概述
• 1.3.1 离散单元法简介
• 1.3.2 离散单元法发展概况
• 1.3.3 离散单元法基本原理
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 铁路道碴颗粒强度试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验过程
• 2.3 铁路道碴颗粒强度计算
• 2.4 基于威布尔断裂统计理论的铁路道碴颗粒特征强度研究
• 2.4.1 脆性材料的强度
• 2.4.2 威布尔经验公式
• 2.4.3 铁路道碴颗粒特征强度计算
• 2.5 本章小结
• 3 含沙铁路道碴弹性模量试验研究及数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 试验研究
• 3.2.1 试验装置和试验方案
• 3.2.2 弹性模量的确定方法
• 3.2.3 含沙铁路道碴的弹性模量和沉降量
• 3.3 离散单元数值模拟
• 3.3.1 含沙铁路道碴的离散单元模型
• 3.3.2 含沙铁路道碴弹性模量的离散元计算
• 3.3.3 含沙率对含沙铁路道碴弹性模量影响的细观分析
• 3.4 本章小结
• 4 含沙铁路道碴累积沉降特性试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验研究
• 4.2.1 试验装置和试验方案
• 4.2.2 试验结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要工作和结论
• 5.2 后继工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢