胶粘道砟固化道床工作机理及劣化演变规律研究

The innovative stabilized ballast bed has both the advantages of ballastless track and ballast track, and it has an expansive application prospect, therefore it is called the third ballast bed structure in railway industry. In China, the stabilized ballast bed has been well applied in transition section between ballast track and ballastless track, and line area of avoiding ballast flying, and some heavy haul railway. However, because the working mechanism and deterioration law of the stabilized ballast bed are still unclear, its application in new project has to refer to the existing engineering practices, which will severely restrict its popularization and application..The project will carry out an in-depth, systematic study on the two key scientific topics: the first is the mechanical parameters for the innovative stabilized ballast bed and microscopic interaction mechanism of ballast and ballast bond; the second is the short-term mechanical behavior and long-term mechanical mechanism of deterioration of stabilized ballast bed under external loads. The study will mainly focus on the mechanical parameters of stabilized ballast bed, microscopic interaction mechanism of ballast and ballast bond, static and dynamic mechanical properties under external loads and deterioration mechanism under long-term load.Through various methods including theoretical analysis, numerical simulation and experimental study, the project is planned to reveal the working mechanism of the innovative stabilized ballast bed, master its mechanical property and deterioration law, and form the theoretical system of the stabilized ballast bed with self-independent intellectual property rights. The research achievement will establish the theoretical foundation for industrial standard and provide theoretical guidance for rational design and scientific maintenance of the innovative stabilized ballast bed.

新型固化道床兼有无砟轨道和有砟轨道的优点，极具有广阔的应用前景，被行业内称之为第三种道床结构。我国已在高速铁路有砟-无砟过渡段、防治道砟飞溅地段，以及部分重载铁路线上应用，效果良好。但由于对其工作机理及劣化演变规律不清楚，使得目前的工程应用主要参考已有的工程实践，严重制约了其推广应用。.课题针对新型固化道床力学参数指标及道砟-道砟胶微观相互作用机理、外界荷载作用下固化道床的瞬态力学行为与长期劣化演变力学机制2个关键科学问题，主要从固化道床力学参数指标、道砟-道砟胶微观相互作用机理、外荷载作用下的静、动力学特性，以及长期荷载作用下的劣化演变规律等开展深入、系统研究。拟通过理论分析、数值仿真、试验研究等综合手段，揭示新型固化道床工作机理，掌握其力学特性及劣化演变规律，形成具有我国自主知识产权的新型固化道床理论体系，为制定行业标准奠定理论基础，为新型固化道床的合理设计、科学养护维修提供理论指导

胶粘道砟固化道床是采用道砟胶喷涂技术，使散体道砟颗粒粘结从而形成一种新型整体道床的轨道结构。申报项目时，胶粘道砟固化道床在我国高速铁路有砟轨道-无砟轨道过渡段已有一定的工程应用，但对胶粘道砟固化道床基本力学参数、宏微观受力机制、劣化演变规律等研究尚未系统开展，理论研究严重滞后于工程实践，无法科学指导胶粘道砟固化道床的设计、施工、养护维修等工程实践活动。.本项目采用理论分析、试验测试及数值模拟相结合的方法对胶粘道砟固化道床工作机理及劣化演变规律开展研究。（1）在胶粘道砟固化道床基本力学参数方面，通过建立离散元模型并结合试验研究，明确了刚度、阻尼、弹性模量等基本力学参数，同时研究了不同用胶状态下道床的强度及稳定性。此外，还对比分析了刚、柔两种道砟胶对固化道床支承刚度的影响。（2）在胶粘道砟固化道床微观力学性能方面，提出了不规则道砟颗粒随机生成算法，实现了胶粘道砟固化道床离散元精细化模拟，从微观层面揭示了道床中道砟颗粒空间接触力的概率分布状态及传递模式，明确了固化道床中的应力分布状态及能量耗散模式。（3）在道床力学性能研究方面，结合有限元法、离散元法、有限差分法等建立了列车-钢轨-固化道床耦合分析模型，探究了静、动态荷载作用下道床受力变形特性，分析了不同运营环境包括荷载频率、轴重和不同固化模式等对固化道床力学性能的影响。（4）在试验研究方面，率先在高速铁路胶粘道砟固化道床区段开展了静、动态力学性能试验，明确了固化道床静力学特性，同时从时域和频域两方面揭示了道床固化对轨道不同部件动力性能的影响。（5）在固化道床劣化机制方面，采用离散元法对长期荷载作用下固化道床劣化机理开展研究，明确了列车轴重、速度、作用次数及通过总量对劣化性能的影响。（6）此外，在完成本申报项目研究内容的基础上，还对聚氨酯发泡道床建立多元介质离散元模型，初步分析了结构受力及变形规律。.通过系统研究，本项目共发表论文21篇（其中SCI、EI检索论文13篇），申报专利及软著9项，获得国家科技进步一等奖、交通运输部领军人才等各类奖项及人才计划9项。依托项目培养的研究生获得各类奖项7项。