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复合轨枕具有可再生、适用范围广、安装维修方便、耐久性好、全寿命周期成本低、种类多样等优点。但由于复合轨枕材料密度较低且表面光滑,道床横向阻力较混凝土轨枕低,一定程度上限制了其广泛应用。目前,国内外针对复合轨枕道床横向阻力的相关研究较为有限。鉴于此,本文为解决复合轨枕道床横向阻力不足的问题,针对普通型号FFU轨枕提出了多种优化方案,依托有砟道床试验平台,进行了一系列混凝土轨枕、条形复合轨枕及优化复合轨枕道床横向阻力试验,定量测试各型轨枕道床横向阻力。在此基础上,本文建立了轨枕-道床离散单元法三维模型,利用离散元数值计算对比不同优化方案对复合轨枕道床横向阻力提升效果差异,并研究道床横向阻力分担规律,进一步从细观层面分析轨枕-道砟接触特性,明确轨枕与道砟相互作用机理。本文的主要工作与成果如下:1、通过有砟道床试验平台,开展一系列道床横向阻力试验本文针对普通FFU轨枕提出多种优化方案,依托有砟道床试验平台,开展了一系列混凝土轨枕和条形、纹理优化、结构优化复合轨枕道床横向阻力试验,对比道床多种几何断面下,条形复合轨枕和混凝土轨枕道床横向阻力的差距,揭示了砟肩尺寸对道床横向阻力的影响规律,明确纹理优化方案及结构优化方案对复合轨枕道床横向阻力的提升效果,丰富了复合轨枕与有砟道床力学特性的研究,并为数值模拟提供了试验数据支持。2、建立轨枕-有砟道床离散元模型,进行道床横向阻力细观数值分析本文采用3D扫描技术,提取道砟颗粒几何形态,建立道砟颗粒模板库。结合相关试验参数建立全尺寸轨枕及道床离散元三维模型,并验证了数值计算结果的可靠性。对比分析混凝土轨枕、条形复合轨枕及各型优化复合轨枕道床横向阻力数值计算结果,分析各优化方案阻力提升效果差异,并进行相关影响参数敏感性分析,包括砟肩、道床密度等。3、基于离散元模型,明确横向阻力分担规律,深入理解道床横向阻力演变规律本文利用离散单元法对道床横向阻力进行数值计算时,通过记录轨枕在横向位移过程中轨枕底面、侧面及端部阻力发展过程,明确了复合轨枕道床横向阻力分担规律,分析了各型优化复合轨枕对各部分阻力的影响,验证了本文复合轨枕优化思路及方案的正确性。4、基于离散元模型,从细观层面分析轨枕与道砟相互作用机理本文基于离散单元法数值计算,研究横向阻力数值模拟过程中道床内部接触力分布状态及轨枕与道砟颗粒接触情况,揭示道床内部接触力细观分布规律,明确轨枕及道砟颗粒受力情况,总结各优化方案对轨枕与道砟细观接触特性的影响,为轨枕结构创新奠定基础。图90幅,表29个,参考文献104篇。