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道床是由很多道砟组成的散粒体材料,力学行为十分复杂,散粒体材料由于其非连续和接触耗散等复杂性,被Science于2005年与湍流并列为100个科学难题之一[1].现有的力学分析手段通常是将散粒体道床简化为连续的弹性阻尼层[2],采用有限元法进行分析,这种方法在反映真实道床的散粒体性能方面具有一定的局限性,难以考虑道砟颗粒级配、外形等细观参数对道床力学性能的影响.针对这一问题,国内外学者逐渐采用基于离散元法的多种颗粒形状对道床的力学性能进行研究.Ting[3]采用二维椭圆模拟道砟,此方法无法考虑真实情况下道砟的三维接触作用.肖宏[4]采用三维球体颗粒模拟道砟,但未考虑道砟颗粒的几何尺寸特征,无法准确模拟道砟颗粒间的咬合作用.井国庆[5]将7个二维圆盘连接组合成颗粒团来模拟道砟在循环荷载作用下的破碎机理.McDowell[6]用三维球体连接组合成不规则形状的颗粒团,研究道砟颗粒破裂规律和道砟颗粒形状对道床性能的影响.Zijie Wang[7]更近一步,采用三维球体颗粒重叠黏结的颗粒团模拟了道砟相互作用和道床的宏观力学性能之间的关系.真实的道砟为多面体形状,颗粒团较传统的单个颗粒模拟在颗粒形状上更接近真实情况,可以考虑到颗粒之间的咬合作用,但距离真实的道砟颗粒形状仍有一定距离.采用颗粒团模拟的根本原因是,空间三维多面体接触识别算法目前仍是计算几何上的一大难题,颗粒团之间的相互作用本质上是球体之间的接触识别关系,可以避开多面体接触识别问题.由于离散元法解决的是巨大颗粒体系组成的散粒体系统,为提高计算效率,对多面体的接触识别通常分成两步：一、建立可能发生接触的粒子之间的邻居目录；二、真实接触识别.建立邻居目录的快速算法常用的有Verlet邻居目录法和连接单元法[8],以及两种方法的联合应用[9].对真实单个多面体粒子的接触识别方法中,国内外常用的是公共面法、接近面法、侵入边法等[10,11].射线穿透法[12]是另外一种点对体的计算方法.本文考虑道砟颗粒的真实形状为三维多面体,采用有效的空间接触识别算法,建立道床的精细化模型.