沙粒内禀尺度对道床宏细观力学特性影响研究

摘要

从数学领域的随机填充法入手,建立不同沙粒尺寸自组织轨道结构离散元分析模型,并借助“胞分法”保证沙粒粒径改变前后颗粒体系质量守恒。开展风沙区铁路轨道结构动测试验,标定接触模型的微观参数,验证离散元模型的正确性。在此基础上,利用不同沙粒粒径的数值试验,进行系统的道床宏细观力学特性分析。结果表明:沙粒内禀尺度愈小,道砟平均接触力愈小;道床内部颗粒之间的接触力概率密度随着接触力的增大而逐渐减小,沙粒粒径愈小,较大接触力出现的概率越低;峰值荷载作用下接触力玫瑰图表明,沙粒胞元愈多,道床中颗粒数目愈多,道砟颗粒接触力方向各向异性愈强,而道床中强接触力愈少;随着沙粒内禀尺度的逐渐减小,道床中高应力区域逐渐减小,低应力区域占比越来越高,道床应力均匀化程度增强。风沙道床研究中沙粒粒径合理尺度应介于0.51~1.02 mm之间。