邵 帅， 吕泉江， 纪丹阳， 严 颖

(1.内蒙古大学 交通学院，呼和浩特 010070； 2.中国直升机设计研究所，景德镇 333001；3.大连交通大学 土木与安全工程学院，大连 116028)

1 引 言

传统的有砟铁路道床结构组成成分多样，且力学性质复杂，包括轨枕、道砟、底部道砟、路堤和地基等组成部分[1]。其中，道砟层由大量碎石构成，具有很多孔隙，是典型的散体材料[2]。枕木、路堤和地基等部分具有相对密实的材料性质，与道砟相比可视为连续介质。有砟道床中散体介质与连续体介质并存的结构特点给数值模拟造成了很多困难[3,4]。发展一种能够准确计算并预测整体有砟道床力学行为的计算模型对于有砟道床的养护、维修及安全运行均具有重要的工程意义。

目前，研究人员为预测有砟铁路道床的力学行为已经开展了大量数值仿真工作，采用的主要数值方法包括离散元方法(DEM)和有限元方法(FEM)。离散元方法最初由Cundall等[5]提出并应用于农业、化学、岩土和铁道工程等领域[6-8]。Gong等[9]采用离散元方法模拟了混合有轮胎衍生集料道砟材料的剪切强度，发现轮胎衍生集料能够减小剪切应力峰值，降低道砟材料的内聚力和摩擦角，减少直剪试验中道砟颗粒的破碎。Jing等[10]通过离散元数值模拟研究发现，道砟层对维持轨枕的稳定性起到重要作用，并通过试验进行了验证。Liu等[11]采用离散元方法模拟真实尺度下道砟材料大三轴试验，基于智能型道砟碎石开发离散元计算程序的计算精度有了很大提升。……