基于离散元-有限差分耦合的摩擦型轨枕底部凹槽形状对有砟道床横向阻力的影响机理

摩擦型轨枕可有效增强有砟道床横向阻力,但目前没有相关设计规范,摩擦型轨枕底部凹槽对横向阻力的增加机制尚不清晰。为深入分析不同凹槽形状对道床横向阻力的影响并揭示横向阻力的增强机理,基于横向阻力现场测试和离散元-有限差分耦合方法建立三维轨枕-有砟道床-路基数值模型,从宏、细观层面研究5种不同轨枕底部凹槽形状对横向阻力的影响。研究结果表明:与普通型轨枕相比,不同摩擦型轨枕的横向阻力增幅存在较大差异,范围为35.1%~80.2%,且横向阻力随凹槽侧面积的增加而呈对数增加;由于底部凹槽对道砟颗粒的约束作用,轨枕底部与道砟颗粒的接触数增加,凹槽附近的接触力增大,接触力链分布更密集;摩擦型轨枕周围颗粒的位移和旋转受到更强的约束;摩擦型轨枕各向异性在轨枕出现位移后向水平面转变,这是增强横向阻力的主要细观因素。建议在有砟轨道的设计中,采用具有不连续槽的摩擦轨枕,并考虑以最大化凹槽侧面积为目标进行设计。