高速列车荷载作用下有砟道床累积变形演化机理及捣固维修作业作用机制研究

High speed ballast railway composed of special grade ballast which has significant different from ordinary ballast both in grading and mechanical property. External high frequency train load will aggravate the interaction between ballasts and accumulative deformation of ballast bed. If without timely tamping maintenance, the traffic Safety would be threated. But tamping maintenance also has side effect, unreasonable tamping maintenance will aggravate the degradation of ballast bed..This project contrapose the mechanical property of high speed special grade ballast. Aim at studying the accumulative deformation of high speed ballast bed base on the refined discrete element ballast model and Laboratory and field tests. And study the optimize mechanism of tamping maintenance on ballast bed by multibody dynamics and discrete element coupling models. Ultimately base on deformation behaviors of ballast bed both before and after tamping maintenance. Propose the analyze method of reasonable tamping timing and maintenance parameters..This project aim at revealing the accumulative deformation evolution law and mechanism of tamping maintenance of ballast bed under high-speed train load. Ultimately, providing scientific theoretical basis for stably operation and reasonable maintenance of high-speed ballast railway.

高速有砟铁路采用特级道砟，其级配及力学特性与普速道砟存在较大的区别。而外部高频列车荷载会加剧道砟间的相互作用及道床的累积变形，如不及时采用捣固作业进行养护维修，就会直接影响列车的运营安全。但捣固维修作业本身又会对道床带来一定的副作用，不合理的捣固作业反而会加剧道床的劣化。.本项目拟从高速条件下特级道砟的力学特性入手，通过建立精细化离散元仿真模型，并结合室内、外实验，探究特级道砟有砟道床在高速列车荷载作用下的累积变形规律；通过建立多体动力学-离散元耦合数值模型，研究捣固作业对散体道床力学状态的改善机制；最终以捣固维修作业前、后道床的变形特性为依据，提出不同状态高速铁路有砟道床的合理捣固时机及作业参数分析方法。.项目旨在揭示高速运营条件下有砟道床累积变形的演变机理及捣固作业对道床力学性能的改善机制，最终为我国高速铁路有砟道床的安全平稳运营及科学养护维修提供重要的理论支撑。

高速有砟铁路采用特级道砟，其级配及力学特性与普速道砟存在较大的区别。而外部高频列车荷载会加剧道砟间的相互作用及道床的累积变形，如不及时采用捣固作业进行养护维修，就会直接影响列车的运营安全。但捣固维修作业本身又会对道床带来一定的副作用，不合理的捣固作业反而会加剧道床的劣化。.本项目从高速条件下特级道砟的力学特性入手，通过建立精细化离散元仿真模型，并结合室内、外实验，系统揭示了捣固机械与散体道床的相互作用机理，为我国高速铁路有砟道床的安全平稳运营及科学养护维修提出了理论支撑。取得的主要研究成果包括：出版专著1部，发表学术论文16篇，其中SCI论文4篇，EI论文6篇，中文核心7篇；形成知识产权20项；形成行业标准2项，超额完成了合同要求。主要的科学贡献包括。.1.基于多体动力学、三维几何重建、离散元等多种手段协同，研究提出了基于真实道砟颗粒外形的离散元-多体动力学耦合力学仿真模型，为捣固、稳定复杂作业过程的真实模拟提供了理论分析研究方法。.2.基于高速运行条件下散体道床相互作用及劣化机理的研究，揭示了复杂因素长期作用下高速铁路散体道床的状态演化规律，为高速铁路的评估指标及预测体系的建立提供了理论基础。.3.基于多学科交叉、多手段协同方法，建立有砟道床-捣固机械相互作用耦合模型，进行捣固机械与道砟动力相互作用的研究，揭示捣固机械作用下道砟的密实、稳固机理，并从理论角度对大机作业周期与工艺参数进行合理优化。.4.实现了动力稳定作业与精细化颗粒散体道床间相互作用机理的真实模拟，研究揭示了稳定作业对轨枕垂向位移的影响及对道床密实度、轨枕横向阻力和道床支承刚度的改善机制。.通过本项目的系统研究，建立了一整套高速铁路有砟道床捣固维修作业的理论分析方法，成果为提升我11万公里有砟轨道的养护维修技术水平提供了有力支撑。