基于离散元与有限元耦合的有砟道床沉降特性研究

王 桐，王立华，陈佳明，栗先增

(昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650500)

铁路作为我国的重要基础设施，在交通运输体系中占据重要地位，也是目前应用最广泛的运载方式之一，对我国的经济建设和发展有着十分重大的意义。由于我国铁路近几年发展迅速，且与各个领域之间的交叉融合越来越多，所以对于铁路方面的研究也愈加深入。有砟铁路作为我国铁路运载的重要组成部分，是铁路发展的基础，对其深入的研究就显得尤为重要。有砟轨道道床质量对于保障列车运行稳定安全方面具有重要意义。

在对有砟铁路进行研究时，由于组成道床的道砟属于离散体颗粒，而道床上部轨枕属于连续体，所以在对二者进行分析时不能使用单一的方法。有限元法只能从宏观上反应轨枕与道床的整体特性。Ishikawa[1]等通过室内试验研究有砟道床在定点载荷和移动载荷作用下的力学行为。其结果表明，在移动载荷作用下有砟道床产生的塑性变形比定点位移作用下的大。Mc Dowell[2-4]等基于真实颗粒外形的最小半径离散单元数值模型的构造方法，用所生成的组合球单元对复杂外形的道砟颗粒进行了模拟，并对比分析了组合单元颗粒与球形单元颗粒在荷载作用下的力学特性。井国庆[5]等基于二维离散单元法颗粒软件Particle Flow Code 2D(PFC 2D)，建立了道砟轨枕离散单元模型，研究了列车循环荷载作用下道砟颗粒破碎与轨枕沉降的关系。Shaer[6]等采用等比例缩减尺寸的铁轨-枕木-道床-路基模型得到整体道床的沉降与枕木和道砟的振动加速度密切相关。……