基于PFC3D的高速有砟道床沉降研究

魏明鉴，许平，周陶勇，张亚晴

（650000 云南省 昆明市 昆明理工大学）

0 引言

本文以高速铁路有砟道床为研究对象，研究其在列车循环载荷下的沉降规律。首先对道砟进行拍摄取样，重构出道砟颗粒三维网格模型，对其进行填充生成接近真实的道砟模型；然后，将道砟模型导入离散元程序软件PFC3D 中，根据我国高速铁路散粒体道床的结构特征和道砟级配规定，建立高速铁路有砟道床的三维离散元模型。结合我国现今高速有砟铁路实际运营情况，模拟有砟道床在不同的行车速度、累积次数和密实度下的沉降规律。

1 研究方案设计

1.1 离散元基本原理

离散单元法（DEM）的基本思想由Cundall于1971 年提出[7]，最初应用于建立岩石块体的二维模型并对其边坡的稳定性进行分析，经过不断地创新与发展后，离散单元法的理论、算法与程序等各方面不断得到完善，21 世纪已经成为了土力学、岩石力学、结构分析等领域的主要分析方法[8]。本文所采用的离散元软件是颗粒流程序软件PFC3D，通过编写程序来构建一套完整的有砟道床模型，以此来研究高速铁路有砟道床问题。

离散元法在PFC3D 中的计算流程可分为2步：（1）为了保持数值模型处于稳定的状态，应当先确定时间步长，根据牛顿第二定律得到上次循环的力或动量计算本次颗粒的速度与位置，每次更新后，重新判断此时颗粒与颗粒或颗粒与墙体的接触状态；（2）进行循环的迭代计算，颗粒间反复使用牛顿第二定律进行更新，直到模型达到一种较为平衡的状态。……