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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PFC2D194

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