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道砟变形特性的DDA方法研究

敖国栋  
【摘要】:摘要:有砟轨道已经有180多年的发展历史,虽然无砟轨道轨道技术近年来发展迅速,但是有砟轨道仍是铁路最常见的,应用最广的形式。有砟轨道结构的优点是结构简单、造价低廉、维修方便。有砟轨道的变形和差异沉降对铁路运营安全和舒适度,以及铁路维护成本的影响很大,是有砟轨道研究的重要课题。 本文采用非连续变形分析(DDA)的理论,对道砟的力学特性进行分析模拟。本文的道砟模型使用随机生成的凸五边形道砟颗粒,通过控制道砟颗粒的粒径和数量模拟实际道砟的级配。首先通过反演标定了对道砟模型中的参数,然后对道砟级配对道砟密实度的影响,道砟单轴、三轴条件下的变形响应进行了一系列的研究。 道砟在单轴条件下的压缩、循环加载模拟结果表明:道砟的孔隙比对于其变形特性影响最大,未经过压实的松散道砟在加载阶段会表现为弹性和弹塑性两个阶段,而压实后的道砟基本上保持弹性的加卸载特性,卸载后的塑性残余应变很小。经过多次的循环加卸载后,每次的残余塑性应变会逐级减小。 道砟在三轴条件下的压缩、剪切模拟结果表明:在三轴等向压缩中,轴向应变随应力提高而增加,但是应变值约为单轴压缩条件下的一半。三轴剪切过程可以分为两个阶段,首先都要经历一个剪缩的过程,这将导致孔隙的压密;接下来剪缩的趋势逐渐减小,特别是低围压条件下,然后会出现剪胀的现象。但随着围压增大,这种剪胀现象会逐渐减小直至完全消失。 道砟级配分析结果表明:单一粒径的颗粒孔隙比较大,在大粒径中加入小粒径的颗粒可以减小孔隙比而提高密实度。对于两种粒径的混合颗粒,存在一个最优配比,使得道砟达到最小的孔隙比。


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