基于数值试验的风沙区散体道床内尺度比研究

为研究沙粒粒径对道床宏细观力学特性的影响,引入量纲一参数内尺度比表征道床内部颗粒的粒径,设计8种不同沙粒粒径的风沙区铁路钢轨-轨枕-道床的一体化数值试验,借助Logistic相关性分析模型建立内尺度比与道床力学特性之间的联系;开展现场轮轨力及位移试验,标定离散元模型的微观参数,验证模型的正确性.在此基础上,系统分析沙粒粒径对离散元模型计算效率、道床内部细观接触特性及轨道结构宏观动位移的影响.研究结果表明:当道床中颗粒内尺度比大于57.52时,计算时间急剧增加,计算效率低;随着内尺度比不断增大,道床内部颗粒法向接触力和切向接触力的强力键分布面积逐渐减小,且沙粒粒径对法向接触力的影响更明显;随着沙粒粒径减小,颗粒水平位移概率密度峰值逐渐减小,垂向位移概率密度峰值向正位移方向移动;道砟颗粒平均配位数与内尺度比呈正相关,随着内尺度比增大,道砟颗粒的平均配位数逐渐增大,但配位数曲线斜率逐渐减小;轨枕平均动位移与内尺度比呈负相关,随着内尺度比增大,轨枕平均动位移过渡到收敛区,沙粒粒径影响减弱,根据Logistic模型预测结果可知真实沙粒作用下轨枕动位移平均值不超过0.302 mm.综合研究表明,风沙道床存在内尺度比,多尺度效应显著,需在风沙铁路道床建模过程中重点关注.