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第1章 绪论 1

1.1轨道下部结构性能 1

1.1.1脏污 2

1.1.2排水 2

1.1.3路基失稳 4

1.1.4道砟和轨枕劣化 4

1.1.5横向约束 5

1.1.6荷载-变形 5

1.2碳足迹及其启示 6

1.3研究领域 7

参考文献 7

第2章 轨道结构和钢轨荷载 9

2.1轨道结构类型 9

2.1.1有砟轨道 10

2.1.2板式无砟轨道 10

2.2有砟轨道结构组成 11

2.2.1钢轨 11

2.2.2扣件系统 12

2.2.3轨枕 12

2.2.4道砟层 12

2.2.5底砟层 15

2.2.6路基 16

2.3轨道承受荷载 16

2.3.1垂向力 16

2.3.2横向力 20

2.3.3纵向力 21

2.3.4冲击荷载 21

2.4荷载传递机理 23

2.5应力测定 25

2.5.1 Odemark法 25

2.5.2齐默曼法 25

2.5.3梯形估算法（2：1法） 27

2.5.4 Arema推荐方法 27

参考文献 30

第3章 道床性能的影响因素 32

3.1单体颗粒的物理性质 32

3.1.1粒径 32

3.1.2道砟颗粒形状 33

3.1.3颗粒表面粗糙度 34

3.1.4母岩强度 35

3.1.5颗粒抗压强度 35

3.1.6耐磨和抗风化性能 35

3.2道砟的散体特性 36

3.2.1粒径分布 36

3.2.2孔隙率（或密度） 38

3.2.3含水量 38

3.3荷载特性 39

3.3.1围压 39

3.3.2荷载历史 40

3.3.3当前应力状态 40

3.3.4荷载循环次数 42

3.3.5荷载频率 43

3.3.6荷载幅值 44

3.4道砟颗粒劣化 46

3.4.1颗粒破碎量化 46

3.4.2道砟破碎影响因素 47

3.4.3主应力比对颗粒破碎的影响 47

3.4.4围压对颗粒破碎的影响 48

参考文献 51

第4章 道砟室内试验和道砟劣化评估的研究现状 54

4.1静三轴试验 54

4.1.1大型三轴试验仪 54

4.1.2试验道砟介绍 55

4.1.3试样制备 56

4.1.4试验过程 57

4.2道砟单体颗粒压碎试验 57

4.3动三轴试验 58

4.3.1棱柱体三轴试验仪 58

4.3.2试验材料 59

4.3.3试验材料准备 62

4.3.4动三轴试验 63

4.4冲击试验 64

4.4.1落锤试验机 64

4.4.2测试仪器 65

4.4.3试验材料 65

4.4.4试样准备 67

4.4.5冲击试验过程 67

参考文献 68

第5章 有无土工合成材料和减振垫的有砟道床性能 70

5.1单调荷载作用下道床的力学响应 70

5.1.1应力-应变特性 70

5.1.2抗剪强度和刚度 74

5.1.3三轴剪切试验的颗粒破碎 76

5.1.4道砟临界状态 78

5.2道砟单体破碎强度 79

5.3循环荷载作用下道砟的力学响应 80

5.3.1沉降响应 80

5.3.2应变特性 81

5.3.3颗粒破裂 83

5.4重复加载下道砟的力学响应 85

5.5围压对道床性能影响 85

5.6能量吸收材料——减振垫 87

参考文献 90

第6章 现有轨道结构的变形模型 92

6.1道床的塑性变形模型 92

6.2其他塑性变形模型 94

6.2.1临界状态模型 94

6.2.2弹塑性本构模型 96

6.2.3边界面塑性模型 100

6.3颗粒破碎模拟 102

参考文献 104

第7章 道砟本构模型 106

7.1颗粒破碎的模拟 106

7.1.1计算道砟基本摩擦角φ： 109

7.1.2颗粒破碎对摩擦角的影响 109

7.2单调加载的本构建模 111

7.2.1应力应变参数 111

7.2.2增量式本构模型 112

7.3循环加载的本构建模 121

7.3.1各向异性初始应力状态下的剪切 122

7.3.2循环加载模型 123

7.4模型验证与讨论 126

7.4.1数值方法 126

7.4.2模型参数计算 126

7.4.3单调加载模型预测 127

7.4.4分析模型与有限元预测值的对比分析 129

7.4.5循环加载模型预测 130

参考文献 133

第8章 轨道排水和土工织物的应用 135

8.1排水 135

8.1.1底砟排水 136

8.1.2排水要求 136

8.2脏污指标 137

8.2.1脏污指数和脏污百分比 137

8.2.2孔隙脏污百分比 137

8.2.3相对脏污率 138

8.3土工织物在轨道中的应用 139

8.4作为下部排水结构的竖向土工合成材料排水管 142

8.4.1试验仪器和过程 142

8.4.2试验结果及分析 142

参考文献 143

第9章 底砟层的作用——排水和过滤 145

9.1底砟层设计标准 145

9.1.1过滤与透水标准 145

9.1.2底砟选择案例研究 147

9.2颗粒过滤的经验研究 149

9.2.1自然资源保护服务（NRCS）方法 149

9.2.2自过滤方法 151

9.3排水和过滤的数学公式 151

9.3.1几何概率模型 152

9.3.2颗粒渗透模型 155

9.4收缩粒径分布模型 155

9.4.1过滤层压实 155

9.4.2过滤层厚度 156

9.4.3占主导地位过滤层的收缩尺寸 157

9.4.4控制过滤层的收缩尺寸 157

9.4.5路基土参数的代表值 157

9.5基于收缩标准的过滤有效性评估标准 158

9.5.1 Dc95模型 158

9.5.2Dc35模型 159

9.6设计准则的含义 159

9.7多孔介质稳定状态下的渗流压力 160

9.7.1基于康采尼-卡曼方程理论的发展 160

9.7.2有效直径公式 161

9.8循环荷载作用下底砟的过滤性能 162

9.8.1室内模拟 162

9.8.2循环荷载作用下底砟层的变形特征 165

9.8.3循环荷载作用下底砟应变与孔隙率关系 166

9.8.4循环荷载作用下底砟的水力渗流 169

9.9循环荷载作用下颗粒迁移的时变地下水过滤模型 171

9.9.1时变一维散体过滤层的压缩 171

9.9.2累积因子 173

9.9.3细颗粒累积导致孔隙率降低的数学描述 174

9.9.4基于时间的水力传导模型 175

参考文献 176

第10章 轨道性能验证的现场试验 181

10.1场地位置和轨道铺设 181

10.1.1实地勘测 181

10.1.2轨道铺设 182

10.2现场测试设备 184

10.2.1压力计 184

10.2.2位移传感器 185

10.2.3沉降桩 185

10.2.4数据收集系统 186

10.3数据采集 186

10.4结果与讨论 186

10.4.1钢轨下和轨枕边缘的道床竖向位移 187

10.4.2道砟层的平均变形 187

10.4.3道砟层的平均剪应变和平均体积应变 190

10.4.4道床内不同层间的原位应力 190

10.4.5试验结果与参考文献比较 191

参考文献 192

第11章 道砟密实和破裂的离散单元法建模 194

11.1离散单元法和PFC2D 194

11.1.1计算法则 195

11.1.2接触本构模型 195

11.2颗粒破裂模拟 197

11.3基于PFC2D的道砟力学特性数值模拟 198

11.4道砟破裂行为 203

11.5循环荷载作用下接触力链的发展机理 208

参考文献 209

第12章 轨道有限元模拟及应用案例研究 213

12.1轨道下部结构中土工复合材料的应用 213

12.1.1有限元分析 215

12.1.2现场测试与有限元预测结果对比分析 217

12.2轨道下短预制竖向排水管的设计过程 217

12.2.1初步设计 218

12.2.2现场试验结果与数值分析预测结果对比 219

参考文献 220

第13章 轨道的无损检测和状态评估 222

13.1试验室轨道模型 222

13.1.1轨道模型 222

13.1.2道床断面准备 222

13.2 GPR方法 224

13.2.1 GPR的理论背景 224

13.2.2 GPR数据采集和处理 226

13.2.3天线频率的影响 227

13.2.4雷达可探土工织物的影响 229

13.2.5含水量的影响 230

13.2.6利用介电常数确定道砟状态 230

13.3表面波的多通道分析方法 231

13.3.1表面波多通道分析法研究 232

13.3.2清洁道床和脏污道床的剪切特性 232

13.3.3数据分析 233

参考文献 235

第14章 轨道维修 237

14.1轨道维修技术 237

14.1.1捣固 237

14.1.2吹砟 238

14.1.3清筛和换砟 238

14.2寒冷地区轨道岩土工程和维修技术 239

参考文献 241

第15章 推荐的道砟级配 243

15.1澳大利亚道砟级配 243

15.2国际铁路道砟级配 244

15.3级配对道床沉降和道砟颗粒破碎影响 245

15.4推荐的道砟级配 246

15.5结论 247

参考文献 247

第16章 维持轨道稳定的生物工程学 249

16.1概述 249

16.2理论模型 249

16.2.1土壤吸力 250

16.2.2根系分布 250

16.2.3潜在蒸腾 251

16.3根系吸水模型的验证 252

16.3.1案例1 ： Miram村（澳大利亚维多利亚州西部） 252

16.3.2案例2：英国米尔顿凯恩斯 254

参考文献 256

附录 257

附录A一阶线性微分方程的偏导数推导 257

附录B室内试验结果确定的模型参数 258

B.1单调荷载模型 258

B.2循环加载模型 260

附录C轨道加固、现场检测和仪器指导 262

附录D岩上和轨道专用试验设备 264

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