刘 力

(山东职业学院铁道工程与土木工程系， 山东 济南 250104)

0 引言

道砟作为粗砂砾或碎石用于铁路运输系统中，是轨道下部结构最重要的组成部分[1]。颗粒流理论是基于颗粒细观力学特征建立的一种简化的离散元法[2]，该方法将颗粒集料简化成具有一定形状、质量的颗粒的集合[3]，在研究道砟等散粒体的力学特性、相互作用等方面得到了广泛应用[2,4-8]。离散元程序PFC3D被认为是研究道砟微观力学性质的最适合的数值方法。[2,9]道砟的力学特性也可以通过微观颗粒尺度，如颗粒的平移、转动以及形态演化等解释。井国庆等[10]应用PFC3D模拟道砟三轴试验，研究道砟的宏观力学机理。张徐等[11]应用PFC3D建立道砟静态压碎的离散元模型，重点分析道砟的压碎强度。

本文基于William F. Anderson[12]的室内三轴试验结果，应用PFC3D模拟道砟的三轴试验，选取与室内试验一样的三轴仪尺寸、道砟密度及刚度等，比较二者的试验结果，验证参数一致时，PFC3D模拟室内试验结果的可行性，分析道砟的力学特性。

1 三轴压缩试验

1.1 William F. Anderson[12]的室内三轴试验

William F. Anderson对道砟进行室内三轴试验，轴室直径为0.236m，高为0.455米。道砟平均粒径50mm，最小压实密度和最大压实密度分别为1450kg/m3和1500 kg/m3，孔隙比e为0.806，道砟粒径40-50mm的百分含量为50%，粒径30-40mm的百分含量为40%，粒径10-30mm的百分含量为10%。分别取围压为40kPa, 90kPa和140kPa对道砟进行静力加载，得到试验结果。

1.2 颗粒流模型及参数的选定

本文选用接触粘结模型。颗粒法向刚度为1.1×108N/m。颗粒密度与室内试验道砟密度一致，取1450kg/m3。摩擦系数的选取参考井国庆等[10]的相关研究，设为0.5。……