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道砟尖角折断的三轴压缩试验与离散元数值分析

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西南交通大学学报 2017年第2期52卷 216-221页

作者：井国庆黄红梅施晓毅蔡小培北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 苏州市轨道交通集团有限公司江苏苏州215000

为研究道砟尖角折断对道床变形和力学性能的影响,开展了一系列多围压(10、30和60 k Pa)下三轴单调压缩试验,并对道砟样本轴向应变、体积应变、偏应力和道砟试验前后粒径变化进行了统计与分析.在此基础上,利用离散单元法建立了可破裂道... 详细信息

为研究道砟尖角折断对道床变形和力学性能的影响,开展了一系列多围压(10、30和60 k Pa)下三轴单调压缩试验,并对道砟样本轴向应变、体积应变、偏应力和道砟试验前后粒径变化进行了统计与分析.在此基础上,利用离散单元法建立了可破裂道砟细观分析模型,统计数值试验中不同围压下断裂尖角数量及位置等.试验仿真表明:道砟试样偏应力随轴向应变的增大而增加,最终达到一个相对稳定值;极限偏应力随围压的增大而增大,且两者之间接近线性关系,当围压由10 k Pa增加到60 k Pa时,极限偏应力由93 MPa增加到387 MPa;道砟样本的剪缩应变随围压提高而增大,围压为10 k Pa时,道砟样本未发生剪缩变形,围压为60 k Pa时,道砟样本的剪缩应变为0.21%;尖角折断数目随样本轴向应变增加而相应增长,且主要发生在上下加载面附近.

关键词：道砟三轴试验尖角折断离散单元法

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道砟颗粒的精细化建模及对道床力学性能影响

铁道学报 2014年第9期36卷 73-78页

作者：徐旸高亮杨国涛罗奇北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

用离散元法对道床进行模拟,建立能拟合真实道砟颗粒形态的球簇单元模型。对由不同级配、颗粒外形道砟组成的道床建立箱体模型,重点分析颗粒级配与颗粒外形对道床力学性能的影响。分析结果表明:合理级配的道床比单一粒径的道床具有更好... 详细信息

用离散元法对道床进行模拟,建立能拟合真实道砟颗粒形态的球簇单元模型。对由不同级配、颗粒外形道砟组成的道床建立箱体模型,重点分析颗粒级配与颗粒外形对道床力学性能的影响。分析结果表明:合理级配的道床比单一粒径的道床具有更好的力学性能;在颗粒外形相同的情况下,级配范围较大的道床力学性能较好,但孔隙率较低;道砟颗粒外形对道床力学性能影响大,由规则外形的颗粒组成的道床力学性能明显降低。

关键词：铁路道床离散元法道砟外形道砟级配

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道砟劣化的二维图像分析及形状特性研究

铁道科学与工程学报 2020年第11期17卷 2774-2781页

作者：聂志红陈星臣 Ashiru Mohammed Mohamud Saidhussein 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 Ahmadu Bello University Zaria 810107Nigeria

道砟劣化导致颗粒形态的变化,从而影响道砟使用性能。为探究道砟劣化机理及其表现形式,采用洛杉矶磨耗试验研究道砟劣化过程,通过AIMS集料图像测量系统获得道砟磨耗前后的颗粒图像以及形状指标,结合污染指数(FI)来讨论道砟劣化时的形状... 详细信息

道砟劣化导致颗粒形态的变化,从而影响道砟使用性能。为探究道砟劣化机理及其表现形式,采用洛杉矶磨耗试验研究道砟劣化过程,通过AIMS集料图像测量系统获得道砟磨耗前后的颗粒图像以及形状指标,结合污染指数(FI)来讨论道砟劣化时的形状特性变化。研究结果表明:道砟劣化主要表现为大粒径颗粒尖角破裂和边缘磨损,使得表面和边缘纹理整体更平滑圆润。随着磨耗试验转动圈数的增加,FI值增加的速率逐渐变慢,长扁度、棱角度及粗糙度指数减小的速率也降低。研究结果对道砟劣化评估及养护维修具有参考意义。

关键词：道砟劣化洛杉矶磨耗试验图像分析形状特性

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多层格栅加筋道砟界面联动‒互扰行为

同济大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 1393-1400页

作者：苗晨曦张威朱孝振陈小艺张军太原理工大学土木工程学院山西太原030024 山西省交通科技研发公司山西太原030000 五冶集团上海有限公司上海200000 商丘工学院土木工程学院河南商丘476000

探究多层加筋土体系中筋材‒道砟间合理间距对拉拔抗力的影响。通过改进传统单层格栅‒道砟拉拔数值试验模型,实现了多层格栅等位移幅值下的同步拉拔的离散元模拟。数值模型采用刚性颗粒簇模拟道砟颗粒非球型特征,并运用黏结颗粒串模拟受... 详细信息

探究多层加筋土体系中筋材‒道砟间合理间距对拉拔抗力的影响。通过改进传统单层格栅‒道砟拉拔数值试验模型,实现了多层格栅等位移幅值下的同步拉拔的离散元模拟。数值模型采用刚性颗粒簇模拟道砟颗粒非球型特征,并运用黏结颗粒串模拟受力均匀的三向土工格栅,同时考虑了道砟颗粒间的嵌固效应和土工格栅的拉伸特性。以平均拉拔力、特定层位处界面强度与筋材应变为指标,科学识别多层格栅加筋道砟界面联动行为,并从颗粒尺度系统揭示了多层加筋体系层间互扰机制。结果表明,多层格栅的拉拔力和增长速率小于单层格栅,尤其在高法向应力下差异更明显,且存在不均匀性。随着加筋层数增加,筋材抗力差异显著,同时摩擦耗能增大。层间颗粒位移存在叠合,导致筋材宏观力学响应减弱,其内在原因是颗粒力链发育不够充分。法向接触力分析结果进一步表明,多层格栅加筋体系下的层间互扰可能导致法向接触力分布的不稳定性。

关键词：土工格栅道砟多层拉拔试验互扰机制

重载铁路路桥过渡段道砟颗粒运动及能量特征对比分析

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土木工程学报 2023年第9期56卷 100-115页

作者：肖源杰姜钰王萌华文俊赵红军毛建锋王卫东中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中国铁路太原局集团有限公司山西太原030013

重载列车循环动载作用下有砟道床动力响应与其支承刚度和道砟颗粒的细观运动密切相关,然而目前尚无定量的影响规律和关联机制。针对此不足,选取国内某运煤专线重载铁路典型路桥过渡段开展现场动力响应测试,在有砟道床不同位置处埋设新... 详细信息

重载列车循环动载作用下有砟道床动力响应与其支承刚度和道砟颗粒的细观运动密切相关,然而目前尚无定量的影响规律和关联机制。针对此不足,选取国内某运煤专线重载铁路典型路桥过渡段开展现场动力响应测试,在有砟道床不同位置处埋设新型智能颗粒传感器(SmartRocks),实时监测列车通过时道砟颗粒的运动姿态变化,进而对比分析不同道床支承条件下道砟颗粒运动及其能量特征沿行车方向和轨道结构横断面的变化规律。研究结果表明:列车动载作用下轨枕下方道砟颗粒的竖向加速度和旋转角呈明显的周期性,其在水平面内的转动角度相对较大且不可回复,可将相邻车厢的相邻转向架作为一个加载单元用于分析道砟颗粒的振动特性;路-桥渐变区、桥台以及桥梁跨中处轨枕下方道砟颗粒的运动以竖向为主且纵向次之,桥梁跨中处钢轨支点下方道砟颗粒振动能量约为路基段的2~3倍;随着道床下部支承刚度逐渐增加,道砟颗粒粒间作用力逐渐增大,颗粒上升加速度逐渐增大并与下沉加速度逐渐接近;刚性支承道床其道砟颗粒振动幅度较大且周期性相对较弱,刚性支承自身振动的叠加作用较为显著;桥上道床脏污板结严重处的轨枕端部道砟颗粒几乎未发生转动,此处应是日常养护维修作业的关注重点。可为重载铁路有砟道床健康智能监测、动力性能精准感知和劣化风险自主预警提供理论依据和技术指导。

关键词：重载铁路过渡段铁路桥梁道砟颗粒运动振动能量

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针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

西南交通大学学报 2020年第4期55卷 688-694页

作者：井国庆强伟乐常锦秀李旭北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响,通过进行不同工况下道砟直剪试验,从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析.研究结果表明:(1)随着针片状指数增加,道砟散体直剪力学性能下降,包括抗剪强度和... 详细信息

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响,通过进行不同工况下道砟直剪试验,从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析.研究结果表明:(1)随着针片状指数增加,道砟散体直剪力学性能下降,包括抗剪强度和内摩擦角(100kPa 下当针状指数由0分别提高到20%40%时,抗剪强度分别降低10.9%、16.8%;片状指数由0分别提高到20%、40%时,抗剪强度分别降低14.7%、22.3%;针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时,抗剪强度分别降低12.4%、18.9%).(2)随着针片状道砟含量增加,试样剪缩和剪胀量均降低.(3)针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎,且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断,显著影响有砟道床维修周期.

关键词：道砟片状指数针状指数直剪试验

考虑颗粒破碎引起级配演变的道砟边界面本构模型

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岩土力学 2017年第9期38卷 2669-2675页

作者：殷志祥高哲张建成孙逸飞冯瑶何慧荣辽宁工程技术大学研究生学院辽宁阜新123000 江苏科技大学(张家港校区)船舶与建筑工程学院江苏张家港215600 卧龙岗大学土木采矿与环境工程学院锦州市开发区财政投资评审中心辽宁锦州121000 鹤壁职业技术学院建筑设计与工程学院河南鹤壁458030

道砟即使在低围压下也会产生颗粒破碎,从而改变其原始级配。级配作为道砟的一个重要物理特性,显著地影响着道砟本身物理、力学特性。建立可以反映颗粒破碎引起级配演变的本构模型至关重要。基于Einav的分形破碎指标和土体边界面塑性理论... 详细信息

道砟即使在低围压下也会产生颗粒破碎,从而改变其原始级配。级配作为道砟的一个重要物理特性,显著地影响着道砟本身物理、力学特性。建立可以反映颗粒破碎引起级配演变的本构模型至关重要。基于Einav的分形破碎指标和土体边界面塑性理论,通过分析道砟三轴试验结果,尝试建立了低围压下可以反映颗粒破碎引起级配演变的道砟边界面本构模型。与试验结果对比发现:模型可以较好地反映道砟在低围压下的应力-应变特性;同时,可以对加载过程中颗粒破碎引起的级配演变进行合理的预测。

关键词：道砟颗粒破碎级配边界面本构模型

基于SPH方法铁路车轴遭受道砟撞击的数值模拟

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爆炸与冲击 2018年第3期38卷 603-615页

作者：敬霖韩亮亮周彭滔西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

基于非线性有限元软件LS-DYNA及其提供的SPH(smoothed particle hydrodynamics)算法,建立了高速铁路车轴遭受道砟撞击的计算分析模型,考察了不同撞击速度、道砟形状和尺寸,以及撞击角度工况下车轴的动态响应。给出了撞击力和车轴受撞击... 详细信息

基于非线性有限元软件LS-DYNA及其提供的SPH(smoothed particle hydrodynamics)算法,建立了高速铁路车轴遭受道砟撞击的计算分析模型,考察了不同撞击速度、道砟形状和尺寸,以及撞击角度工况下车轴的动态响应。给出了撞击力和车轴受撞击处变形的响应特征,分析了车轴最大残余变形与撞击力峰值之间的关系,探讨了不同工况下车轴的撞击损伤规律。结果表明,撞击力峰值和车轴变形(包括瞬态变形和残余变形)均随着撞击速度、道砟直径和撞击角度的增大而增大,车轴最大残余变形与撞击力峰值呈近似线性增大关系,车轴的量纲一压痕深度(残余变形)与吸收冲击能平方根成线性关系。

关键词：铁路车轴道砟撞击响应 SPH方法有限元

基于不同颗粒形态模拟方法的道砟三轴试样变形特性对比分析

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工程力学 2023年第9期40卷 142-152页

作者：薛立华肖军华张德郭云龙陈炳文同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 上海公路桥梁(集团)有限公司上海200433 代尔夫特理工大学土木工程与地球科学学院荷兰代尔夫特2628CN

道砟不规则形态是影响有砟道床变形特性的重要因素,对道砟形状及棱角分布等不同尺度形态特征的刻画与数值重构仍是道砟仿真研究的热点问题。该文采用形态重构方法,生成了符合真实道砟形态指标概率分布的多面体道砟试样,构建了不同围压... 详细信息

道砟不规则形态是影响有砟道床变形特性的重要因素,对道砟形状及棱角分布等不同尺度形态特征的刻画与数值重构仍是道砟仿真研究的热点问题。该文采用形态重构方法,生成了符合真实道砟形态指标概率分布的多面体道砟试样,构建了不同围压下道砟三轴加载计算模型,并将该仿真结果与三维扫描生成、非统计随机生成的道砟试样的仿真结果及室内试验结果对比分析。结果表明:围压提高,颗粒形态对道砟力学响应的影响逐渐显著,该文方法重构数值试样的应力-应变结果与试验结果的符合度高于非统计随机生成试样;道砟试样横向变形与堆积结构调整有关,与三维扫描生成的道砟试样相比,非统计随机生成试样的颗粒调整程度与侧向鼓胀范围均偏大;形态统计特征对道砟接触力演化趋势影响不大,但是不同形态特征的道砟最大接触力水平差异近50%。

关键词：道砟三轴试验形态统计特征离散元-有限元耦合变形特性