循环荷载下重载铁路道砟磨耗破碎及力学特性试验研究

为深入研究重载列车循环动载作用下散粒体道砟的颗粒磨耗破碎和力学行为劣化等特征,开展3种不同动应力幅值下的室内大型动三轴试验。通过对染色道砟颗粒进行激光扫描和三维重构,量化分析不同循环加载应力状态下不同粒径道砟颗粒的磨耗破碎特征,深入分析循环加载下试样的宏观力学特性和力学行为劣化等。研究结果表明,循环加载后道砟颗粒普遍从原始粒径破碎至相邻粒径,偶尔出现破碎至相隔粒径的现象,另有质量占比1%左右的少量道砟颗粒破碎至最小粒径4.75～22.4 mm;在相同的循环加载动应力幅值下,随粒径的增大,道砟颗粒破碎至相邻粒径的质量占比总体呈增大趋势;循环加载过程中颗粒磨耗存在尖角磨损、棱边磨耗与表面纹理改变等3种典型类型,动应力幅值230 kPa下颗粒最大磨耗深度为0.36～5.2 mm,平均磨耗深度为0.03～0.62 mm,颗粒磨耗程度随粒径的增大而逐渐加剧,尖角磨损出现的数量更多且概率更大,其次为棱边磨耗;循环加载三轴试验前后各粒组颗粒含量变化幅度与级配曲线偏移距离随动应力幅值的增大而增大,Bg、Br与BBI 3种颗粒破碎指标均随动应力幅值的增大而增大,Br与BBI两者对动应力幅值的变化反应程度...     

循环荷载下TDA掺量对一级道砟动力性能的影响

掺和废旧轮胎橡胶颗粒（TDA）改良道砟具有降低道砟磨耗、缓解废料处置压力、便于施工等诸多优点，是一种具有发展潜力的道床改良措施。采用动三轴试验和激光扫描方法，进行循环荷载作用下TDA掺量（体积比）对TDA一级道砟混合集料动力性能的影响及道砟颗粒几何形状变化规律的研究。结果表明：随着TDA掺量的增加，混合料试样轴向应变增加、动弹性模量降低、阻尼比增加，且道砟破碎率降低；TDA掺量为10%时，可在保证混合料动弹性模量和阻尼比满足要求的前提下，有效降低道砟颗粒破碎率；循环荷载作用下道砟主要在尖角、棱边及表面发生局部破坏，颗粒整体形状特征变化较小；与不含TDA试样相比，TDA掺量为10%试样的道砟颗粒局部特征综合系数减小16%,TDA可有效降低道砟颗粒局部破坏程度。     

捣固作业对道砟破碎伤损影响规律的试验研究

通过原位捣固试验研究了捣固次数对道砟破碎的影响规律,并对道砟颗粒的典型破碎形式进行了分析.结果表明:捣固作业会引起道砟颗粒发生明显的破碎伤损,进而导致道砟整体级配发生显著变化,应在有砟道床的养护维修中予以重点关注.捣固作业最容易引起56～63 mm粒径的道砟颗粒发生破碎.对于运营期道床,捣固作业导致的道砟颗粒破碎会使2...     

考虑颗粒破碎效应的道砟大型直剪试验研究

研究目的:级配碎石被广泛应用于铁路工程,在列车循环荷载和应力集中作用下颗粒破碎在所难免,并导致路基不均匀沉降,而关于碎石高应力下的颗粒破碎特性及破碎对碎石强度影响的研究较少。本文利用大型直剪仪首先对三类初始级配的道砟开展高应力下的一维压缩试验,探究高应力水平下道砟颗粒破碎及级配演化规律,然后对不同破碎状态的道砟开展大型直接剪切试验,探究颗粒破碎程度及颗粒级配状态对碎石强度的影响。研究结论:(1)颗粒破碎量随着压缩次数和粗颗粒含量的增加而增加;(2)随着颗粒破碎的加剧,细颗粒含量增加,级配曲线抬升,颗粒破碎会使材料级配朝着分形的方向发展;(3)颗粒破碎会削弱颗粒之间的咬合作用,从而降低道砟材料的内摩擦角;(4)本研究结论可为相关工程实践和颗粒破碎问题的研究提供参考。     

中俄铁路碎石道砟物理性能指标技术标准的对比研究

根据中俄铁路碎石道砟标准,对道砟物理性能指标及试验进行对比研究,得出如下主要结论:(1)中俄两国铁路线路条件、气候及道砟资源存在差异,故制定指标的侧重点不同;(2)中俄两国对集料冲击韧度试验的计算指标不同,俄罗斯标准对颗粒粉碎状况的反映不如我国试验精确、全面;(3)中俄两国道砟试验所用筛网尺寸、形状均有差异,我国试验仅采用方孔筛,俄罗斯试验兼用方孔筛和圆孔筛,这些差异会影响试验结果;(4)俄罗斯道砟试验所用样品与建设所用道砟针片状指数相同,我国标准将试样针片状指数控制在5%以内,以便对比母材差异;(5)我国硫酸钠溶液浸泡损失率试验的循环次数与当前试验循环样本浸泡质量损失率无关,俄罗斯试验最终循环次数与当前试验循环的样本质量损失率相关;(6)俄罗斯标准对道砟电导率、天然放射性核素比活度、玄武岩集料冲击韧度试验后,经煮沸处理的样本质量损失率等有特殊要求。     

铁路道床振动特性的三维离散元分析

研究目的:铁路碎石道床是一种典型的散粒体结构,为突出考虑道砟颗粒的散体特性,运用离散元法建立轨枕-道床空间耦合的颗粒流模型.通过加载高速列车动荷载时域谱,研究铁路道床在高速行车条件下的振动特性和道砟颗粒的动态响应.研究结论:通过建模和计算,将计算结果与已有试验结果相对比,验证了模型的正确性;在此基础上对铁路道床的振动特性进行分析,结果表明:动荷载作用下道砟之间的接触力按近似45°角的规律传递;相邻轨枕下方道砟颗粒的振动加速度和道砟接触力存在振动叠加作用,道砟颗粒的振动加速度、道砟接触力及道砟颗粒动位移随道床深度的增加而递减.     

基于最小投影的离散元道砟模型的粒径识别

道砟颗粒形状和粒径级配对道砟道床沉降和变形有重要影响,因此采用离散元法研究道砟道床沉降问题时,需要建立反映道砟颗粒形状的模型,并合理评估颗粒模型的大小。本文利用计算几何凸包理论,建立了随机凸多面体,以模拟道砟颗粒的形状;提出了基于最小投影矩形包围面的粒径评估方法,对道砟颗粒模型的粒径大小进行了分析,并基于道砟颗粒模型的包围长方体,分析了道砟颗粒模型的针状和片状情况。分析结果表明:随机多面体道砟颗粒模型能够较好地模拟道砟颗粒形状;采用最小投影矩形包围面的评价方法能够真实地反映多面体道砟颗粒模型的粒径,该评价方法比等效粒径评价方法更精确;利用道砟颗粒模型包围长方体的数值判别方法,能有效识别随机道砟颗粒模型的针片状情况,控制针状颗粒和片状颗粒的数量。     

考虑道砟嵌入作用的有砟轨道基床表层变形行为研究

为研究有砟轨道道砟嵌入现象及其对基床表层变形行为的影响，开展以道砟碎石-基床粉土双层试样为研究对象的动三轴试验，分析道砟嵌入对基床表层变形行为的影响，探讨基于道砟嵌入指标的基床表层变形行为标准。试验结果表明，道砟嵌入使得道砟碎石-基床粉土试样的粉土表层出现道砟槽痕并发生侧向变形，同时承受动荷载的能力降低；提高动应力水平和增加粉土含水率会加剧道砟嵌入程度；道砟碎石-基床粉土试样的破坏模式可分为剪切破坏型和软化破坏型；基床粉土含水率较低时，道砟碎石-基床粉土试样整体变形主要源于道砟和粉土的压缩变形，而当粉土含水率较高时，道砟嵌入引起的轴向和侧向变形则较为显著；当粉土处于最优含水率时，道砟嵌入速率为2.9×10^-5 mm/s时道砟碎石-基床粉土试样达到塑性安定极限，而当粉土处于天然含水率和饱和含水率时，塑性安定极限对应的道砟嵌入速率则为1.4×10^-4 mm/s。     

高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎演化特征研究

为揭示高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎过程,构建室内单元模型,模拟粗粒土填料填筑和列车荷载作用过程,重点探讨动应力幅值、加载频率及降雨入渗强度等因素对颗粒破碎的影响.利用2个颗粒破碎度量指标分析粗粒土填料的颗粒破碎过程.研究结果表明:粗粒土填料在填筑时,颗粒破碎方式以破裂、破碎为主,在动力循环荷载作用下,颗粒破碎方式以破...     

中俄铁路碎石道砟加工指标技术标准的对比研究

为了更深入了解俄罗斯铁路碎石道砟加工指标特点,对比分析中国和俄罗斯铁路在道砟颗粒形状与清洁度、粒径级配、指标试验方法等方面的异同点,得出以下结论:(1)中俄标准对道砟颗粒形状定义不同,如对针片状颗粒看法不同,俄罗斯标准中有长粒概念等;(2)中俄道砟标准的制定理念存在差异,俄罗斯标准未定义渗水性能、抗压碎性能等与材质相关的性能指标,而是通过增设道砟加工指标来保障道砟的良好渗水性和抗压碎性;(3)由于气候等因素,与我国同等级道砟相比,俄罗斯各类道砟粒径级配普遍较大。     

道砟压实质量与颗粒运动关联特征及内在机制研究

级配较为均匀的道砟其捣固(压实)质量对铁路有砟道床的服役性能起着至关重要的作用.然而,目前尚无统一的标准或规范可用于指导和控制道砟捣固(压实)参数选择,传统的路基填料压实也未能考虑散体颗粒的自组织行为和细观运动特征等.基于正交设计方案开展缩放道砟级配的室内旋转压实试验,在试样的不同位置预置了新型智能颗粒传感器用于监测旋转压实过程中颗粒的运动参数,揭示道砟压实质量与颗粒运动参数的关联特征,从颗粒细观运动角度探究压实机理,提出考虑颗粒细观运动特征的压实度控制新指标.研究结果表明:智能颗粒传感器可用于测量旋转压实过程中粗颗粒的细观运动参数;3个方向的相对旋转模式与旋转压实过程中试样干密度和高度的变化直接相关,据此可将压实过程分为初始压实、旋转压密和稳定压密等3个阶段;试样上部位置处智能颗粒传感器的相对转角可作为新的压实度控制指标.研究成果有望为铁路道砟的室内外压实技术选取和压实质量控制提供技术参考和指导.     

基于液压冲击锤下道砟板结块破碎分析及研究

通过对板结道砟断裂的形态分析和力学分析,阐明板结道砟断裂时中间、径向裂纹及侧向裂纹长度与凿入荷栽的关系.基于以上理论分析,结合BC2型扒砟车的破碎装置,对冲击荷载作用下道砟板结块断裂情况进行实例分析,对破碎深度、轨枕之间设计间距进行了计算,并分析了钎杆刺板对板结道砟破碎效果的影响.此外,通过对破碎前后板结块强度对比,研究破碎对板结道砟在扒砟过程中产生的扒砟阻力降低程度的影响,目的是通过理论分析得出处理类似问题的理论研究方法.     

发动机运转条件对柴油机颗粒排放的影响

研究了1台单缸柴油机的颗粒排放特性。使用扫描电迁移率颗粒粒径谱仪测量颗粒的粒径分布。检测了发动机运转条件（当量比、喷射压力、喷油定时和废气再循环率）对颗粒粒径分布的影响。结果表明，颗粒粒径分布随发动机运转条件的变化而发生变化。在所有的条件下，核态颗粒与聚集态颗粒都呈现出相反的趋势。     

道砟生产工艺对道砟针片状指数和生产成本影响的分析

铁路碎石道砟的质量直接影响铁路线路稳定性,对高速车辆运营的安全性和舒适性有较大影响.道砟针片状指数是道砟生产质量的主要指标之一,本文通过对铁路碎石道砟生产工艺的分析,探讨提高道砟生产质量,降低碎石道砟生产成本的方法.     

基于离散元法的列车运行速度对有砟道床工作性能影响的研究

不同的列车运行速度会使轨道结构产生不同的响应,列车运行速度越快,产生的振动和空气动力响应越大,会加剧道砟颗粒的磨耗、粉化,甚至道砟飞溅,进一步影响道床的稳定性和列车运行的安全性.为了更好地了解列车运行速度对道床工作性能的影响,采用离散元法对道床进行模拟,通过道床纵横向阻力试验数据验证模型的可靠性,并在此基础上分析和研究动力荷载作用下道砟位移、颗粒振动加速度随列车速度、道床深度、道床不同横向位置的变化趋势,从微细观层面了解道砟颗粒在不同工况下的工作性能.研究结果表明:道砟加速度和道砟颗粒位移在不同轴重和行车速度下的变化趋势相同,均是在轨下位置的道砟加速度最大、道床砟肩的位移值最大;在动荷载作用下,道砟颗粒均有向外运动的趋势,轨枕附近的道砟位移扰动较大,外围道砟在墙体约束作用下位移较小.     

循环荷载频率对高速铁路有砟道床累积变形行为的影响

为研究高速铁路有砟道床因反复承受高频率的列车荷载作用而劣化及累积变形的规律,利用离散元分析软件PFC并考虑道砟颗粒的真实几何形态,建立高速铁路有砟道床三维离散元模型,模拟分析不同频率、不同幅值循环简谐荷载作用下道床的累积变形,并通过统计分析道砟颗粒的重排行为,从细观层面探讨荷载频率对道床累积变形行为的影响机理。开展高速铁路有砟道床的室内实尺模型累积变形试验,验证道床离散元模型的合理性和模拟结果的可靠性。结果表明:在相近的荷载工况下,模拟分析获得的道床累积变形结果与实尺模型试验结果较为吻合;循环简谐荷载的频率低于15 Hz时,道床的累积变形主要由道砟颗粒间的相对接触滑动引起,但累积变形及其增长速率均不大;当荷载频率提高至20 Hz以上时,道床的累积变形及其增长速率随荷载频率的提高而快速增大,且其主要原因是道砟颗粒发生了剧烈转动。     

不同边界条件下道砟沉降及受力状态的离散元模拟研究

为研究边界条件对循环荷载作用下道砟的力学特性的影响,采用三维扫描技术生成真实形状的道砟颗粒,通过离散元方法模拟单轨枕道砟箱试验。引入侧向周期边界与底部文克勒弹性路基边界以更好地模拟道床的真实受力状态,并与刚性边界道砟箱模拟结果进行对比,探讨侧、竖向边界条件对道床沉降的影响。此外,从细观上分析各边界条件及组合下的道床受力状态,对比周期边界与刚性边界下侧边区域颗粒运动的趋势。研究结果表明：相较于刚性墙边界,周期边界与文克勒弹性路基边界下的道砟沉降量增大、道床弹性模量减小。不同于刚性边界的位移约束,周期边界侧边区域颗粒的位移增大,运动方向更分散,局部孔隙率减小,颗粒平均接触数增大,且平均侧向接触力减少了约41%,表明侧向周期边界处道砟颗粒存在咬合作用且运动方向不受限。在刚性墙模型中引入底部文克勒路基边界后,平均侧向接触力增加了19%,但分布范围没有发生明显变化。针对单轨枕试验的边界条件,考虑侧、竖向边界条件可以更好地模拟道砟的真实受力状态。     

铁路有砟道床劣化研究进展综述

散体道床在列车循环荷载以及复杂环境长期耦合作用下会产生劣化现象,如道砟破碎、道床沉降等。如不及时进行养护维修,会诱发一系列线路结构病害,影响列车的平稳、安全运营。针对国内外关于有砟轨道劣化的已有研究及存在问题进行分析研究,主要包括道砟颗粒劣化、散体道床劣化等有砟道床劣化机理,有砟轨道结构设计主要影响因素及关键设计参数优化,以及大机养护维修、新型有砟轨道结构等延缓劣化措施。在此基础上,对散体道床劣化研究工作中所需要重视的问题进行探讨。     

加载位置对道砟静态压碎形式的影响研究

为了研究道砟外部接触状态变化对其静态压碎行为的影响,建立单颗粒道砟离散元模型,模拟道砟静态压碎过程,比较不同位置加载对道砟抗压强度、压碎过程以及破碎形式的影响。结果表明:加载位置的变化对道砟单轴抗压强度影响显著,并有可能改变道砟破坏形式;当上下方有稳定的受力平面时,道砟单轴抗压强度较大,压碎破坏形式为拉伸破坏;当道砟在棱角处受载时,单轴抗压强度较小,压碎破坏形式变为单斜面剪切破坏;道砟上下加载位置中心连线与加载方向有较大夹角时,道砟单轴抗压强度很小,容易发生单斜面剪切破坏。     

基于力学平衡原理飞砟机理与防治研究

从微观力学原理上,通过力学平衡法则,揭示轨枕－道砟－列车风相互作用力学特性与作用机理,建立飞砟力学平衡机理模型,阐述相关函数含义与工程意义,并研究其参数敏感性影响规律。研究结果表明：飞砟受到道砟颗粒形状、质量、密度单体特性和散体密实度、道床断面形状散体特性、轨枕动力学与空气动力学特性以及列车风动力学特性等影响,该飞砟力学机理模型可以用来优化道床结构形式与道砟参数,指导防治措施与方法。