崔旭浩，肖 宏，令 行

(1.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

散體道床的工作狀態(tài)對(duì)有砟軌道安全運(yùn)營有重要影響[1]。在有砟軌道的長(zhǎng)期服役中，散體道床的內(nèi)部空隙中不可避免的會(huì)出現(xiàn)細(xì)小顆粒的沉積，并逐漸演變成道床臟污現(xiàn)象。臟污介質(zhì)的存在會(huì)改變道砟的接觸狀態(tài)，引起有砟道床的力學(xué)性能發(fā)生改變，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響鐵路的正常服役及列車的安全運(yùn)行。因此，有必要就有砟軌道臟污道床的力學(xué)行為進(jìn)行系統(tǒng)研究。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)臟污道床已經(jīng)開展了一定的研究工作。Huang等[2]基于室內(nèi)直剪試驗(yàn)分析了臟污對(duì)道床剪切性能的影響，并對(duì)比了潔凈道床和臟污道床在干、濕條件下的力學(xué)特性。Tutumluer等[3]針對(duì)臟污道床開展了室內(nèi)直剪試驗(yàn)，結(jié)果表明道床出現(xiàn)臟污后不利于道床的抗剪穩(wěn)定性。Indraratna 等[4]對(duì)設(shè)置了土工格柵的臟污道床進(jìn)行了直剪試驗(yàn)，相對(duì)于不設(shè)置土工格柵的情況，設(shè)置土工格柵后道床的抗剪性能有所改善。Nimbalkar等[5]通過在道砟中摻入煤灰模擬臟污，并開展室內(nèi)三軸試驗(yàn)測(cè)試煤灰對(duì)散體道床累積沉降性能的影響，結(jié)果表明道床臟污會(huì)顯著影響道床的沉降行為。郄錄朝等[6]進(jìn)行了臟污道床的達(dá)西滲流試驗(yàn)，研究了臟污率對(duì)道床滲流性能的影響。季順迎等[7]開展了含沙道砟的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，指出當(dāng)碎石道砟顆粒之間含沙量較高時(shí)會(huì)增大道床沉降量。高亮等[8]通過道砟直剪試驗(yàn)分析了黃沙和煤灰對(duì)散體道床剪切力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，黃沙和煤灰臟污均會(huì)削弱道床的剪切性能，且煤灰的削弱作用比黃沙更明顯。文獻(xiàn)[9-10]針對(duì)風(fēng)沙區(qū)鐵路開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，指出沙粒侵入道砟顆粒之間會(huì)提高道床剛度，削弱有砟軌道的彈性性能。徐旸等[11]通過離散元法模擬了道砟直剪試驗(yàn)，根據(jù)仿真結(jié)果指出臟污道床抗剪性能削減情況受臟污程度的影響。Huang 等[12]采用多面體模擬道砟顆粒，建立了臟污道床的離散元分析模型，模擬了軌枕橫向阻力試驗(yàn)，指出臟污會(huì)降低道床的橫向阻力，且其會(huì)受臟污分布位置情況的影響。

綜上可以看出，既有針對(duì)臟污道床的研究大致從試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩個(gè)方面進(jìn)行，其中試驗(yàn)研究多針對(duì)臟污道床的靜剛度、抗剪強(qiáng)度和累積變形等宏觀力學(xué)行為展開，在探究臟污道床的細(xì)觀力學(xué)機(jī)理方面存在不足；針對(duì)臟污道床的數(shù)值模擬多采用離散單元法，離散元方法可以有效考慮道砟顆粒及臟污介質(zhì)的散體特性，能夠揭示道床宏觀力學(xué)行為的細(xì)觀機(jī)理。雖然采用離散元法分析道床的動(dòng)力行為是可行且常用的[13]，但是針對(duì)臟污道床的數(shù)值模擬大多停留在靜力階段。文獻(xiàn)[14]雖然就臟污道床進(jìn)行了動(dòng)力仿真，但研究尚不夠深入，未能從諸如臟污介質(zhì)分布狀況對(duì)道床力學(xué)性能的影響等展開研究。根據(jù)文獻(xiàn)[15]研究成果，列車荷載作用下道床的臟污有道砟顆粒的破碎粉化、外部粉塵、底砟和路基侵入等諸多來源，不同臟污源形成的臟污在道床中的分布范圍及侵入方向是不同的，例如外部粉塵臟污由上到下入侵道床，而下部基礎(chǔ)形成的臟污則由下到上入侵道床，而道砟的破碎粉化則易發(fā)生在靠近軌枕底面處道砟受力較大的位置，這些臟污在道床中的分布位置存在差異，其可能在不同程度上影響道床的力學(xué)性能，而針對(duì)此方面的研究鮮有開展。

鑒于此，本文在充分考慮碎石道砟散粒體特性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用離散元法建立臟污道床的數(shù)值模型，引入臟污顆粒模擬道床臟污，施加列車荷載分析臟污道床的動(dòng)力響應(yīng)，并進(jìn)一步探討臟污分布范圍的影響，以期為鐵路有砟軌道的養(yǎng)護(hù)維修提供理論指導(dǎo)。

1 模型建立

1.1 有砟道床模型的建立

道砟顆粒形態(tài)各異，道砟顆粒之間處于咬合接觸狀態(tài)，這對(duì)有砟道床的力學(xué)性能有重要影響[16]，合理模擬道砟顆粒的真實(shí)外形是分析有砟道床力學(xué)特性的前提。趙春發(fā)等[13]以道砟外形的二值化圖像及像素點(diǎn)陣信息，通過顆粒填充得到具有不規(guī)則外形的道砟顆粒模型，但存在人為在道砟顆粒內(nèi)部引入孔隙的不足。Mahmoud 等[17]以基本Ball單元六邊形密排形式得到道砟模型，并探討其適用性，但依舊沒有克服引入孔隙的缺點(diǎn)。為此，本文采用基本單元堆疊的方式建立道砟顆粒仿真模型。對(duì)道砟樣本進(jìn)行圖像采集，運(yùn)用圖像處理技術(shù)獲得道砟顆粒的真實(shí)輪廓信息。選用不同形狀的道砟顆粒[18]，共形成20種道砟顆粒外形。利用離散元軟件PFC通過Fish語言編程，以基本單元堆疊的方式生成道砟顆粒模型，過程見圖1。

圖1 道砟顆粒離散元模型

采用特級(jí)級(jí)配建立有砟道床模型[19]，模型道砟級(jí)配曲線和離散元模型見圖2。

圖2 道砟級(jí)配曲線和離散元模型

首先通過Fish語言編程，設(shè)置每個(gè)粒徑區(qū)間道砟質(zhì)量的上下限，結(jié)合Clump Distribute命令和bin關(guān)鍵詞控制道砟的級(jí)配，通過落雨法并配合分層壓實(shí)最終得到密實(shí)的道床。在相應(yīng)位置處建立軌枕模型，軌枕采用Clump塊體單元模擬。在道床底部生成位置固定的Wall單元，最終得到的有砟道床模型。

1.2 臟污顆粒模型的建立

已有研究表明[20]，粒徑小于4 mm的臟污對(duì)道床的力學(xué)性能影響更為顯著，故設(shè)定臟污顆粒的粒徑為2 mm，將臟污顆粒外形簡(jiǎn)化為圓形。由于實(shí)際中臟污道床是潔凈道床在長(zhǎng)期運(yùn)營中逐漸出現(xiàn)臟污介質(zhì)而形成的，因此本文也按照先建立潔凈道床模型再模擬臟污介質(zhì)的順序進(jìn)行建模。首先建立潔凈道床模型，之后在計(jì)算域內(nèi)按隨機(jī)位置生成直徑為2 mm的圓盤單元模擬臟污顆粒，并判斷該顆粒是否與既有模型發(fā)生重疊，若發(fā)生重疊則刪除該顆粒，并多次循環(huán)生成一定數(shù)量的臟污顆粒。在重力場(chǎng)作用下重新平衡模型，該過程框架見圖3。最終得到的臟污道床局部模型見圖4。

圖3 生成臟污道床流程框架

圖4 臟污道床局部模型

1.3 接觸屬性定義

由于道砟顆粒及臟污顆粒之間僅存在法向壓應(yīng)力及切向力，不存在顆粒之間的法向拉力作用，故選用線性接觸模型定義道砟及臟污顆粒之間的接觸，其計(jì)算公式為[21]

Fn=KnUn

( 1 )

( 2 )

參考文獻(xiàn)[22]，道床模型的計(jì)算參數(shù)見表1，忽略臟污材質(zhì)的影響，視臟污介質(zhì)為道砟顆粒的破碎粉化產(chǎn)物，因此取臟污顆粒的接觸參數(shù)與道砟顆粒相一致。實(shí)際中重載鐵路中常見的煤灰等臟污可能會(huì)因摩擦因數(shù)更小而引起道床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的累積變形。

表1 離散元模型計(jì)算參數(shù)

1.4 道床臟污情況的設(shè)置

根據(jù)不同來源的臟污在道床中的分布范圍將道床分為三個(gè)區(qū)域：砟肩區(qū)域、上層區(qū)域和下層區(qū)域，見圖5。分別在不同區(qū)域中生成臟污顆粒以模擬臟污道床，共設(shè)置四種計(jì)算工況以分析臟污及臟污區(qū)域分布對(duì)道床力學(xué)特性的影響，見表2。

圖5 臟污區(qū)域劃分(單位：m)

表2 計(jì)算工況設(shè)置

2 模型驗(yàn)證及動(dòng)荷載施加

2.1 模型驗(yàn)證

開展動(dòng)力仿真試驗(yàn)以校驗(yàn)所建模型的正確性。文獻(xiàn)[23]對(duì)有砟道床在幅值為200 kN，頻率分別為2、4、6 Hz的枕上簡(jiǎn)諧荷載下，道床中深150 mm位置處的道床振動(dòng)加速度進(jìn)行測(cè)試。對(duì)荷載進(jìn)行平面應(yīng)變處理后施加在本文所建模型中，文獻(xiàn)[23]實(shí)測(cè)結(jié)果與本文計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可看出，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為接近且變化趨勢(shì)一致，兩者都隨著荷載頻率的增大而增大，相差百分?jǐn)?shù)在10%以內(nèi)，說明本文所建模型的正確性。

2.2 動(dòng)荷載施加

參考文獻(xiàn)[24]，本文所選取的列車荷載f(v,t)計(jì)算式為

( 3 )

式中：v為列車速度；t為仿真計(jì)算的物理時(shí)間；P0為輪軌力；A、w為常數(shù)，分別為與荷載分擔(dān)比例、影響范圍有關(guān)的常數(shù)，取A=0.34、w=0.76；xij為列車輪軸的位置，可由車輛軸距和定距計(jì)算得出。最終將式(3)計(jì)算出的動(dòng)荷載經(jīng)平面應(yīng)變處理后施加到離散元模型的軌枕上進(jìn)行仿真計(jì)算。

3 臟污對(duì)道床動(dòng)態(tài)行為的影響

3.1 臟污對(duì)道床振動(dòng)加速度的影響

在仿真中對(duì)距離軌枕底面0.15 m位置處道砟的振動(dòng)情況進(jìn)行記錄。工況一和工況三中道砟顆粒的振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖6。由圖6可看出，兩種工況道床中道砟的振動(dòng)加速度波形較為相似，均是在轉(zhuǎn)向架荷載經(jīng)過時(shí)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)并達(dá)到峰值。工況一和工況三中的道砟振動(dòng)加速度的幅值分別為1.26g和1.61g，工況三比工況一增大27.77%。這表明道床臟污會(huì)對(duì)道砟顆粒的振動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響。

圖6 道砟顆粒振動(dòng)加速度時(shí)程曲線

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)荷載加載至峰值時(shí)道砟顆粒的瞬時(shí)振動(dòng)加速度，見圖7。由圖7可看出，在正常道床中，列車荷載作用下振動(dòng)較強(qiáng)的道砟顆粒主要位于靠近軌枕兩端的區(qū)域。工況二中振動(dòng)加速度量值較大的道砟顆粒的個(gè)數(shù)略少于工況一，這是由于砟肩區(qū)域道砟顆粒基本不承受枕上壓力作用，其產(chǎn)生臟污不會(huì)對(duì)道床整體力學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生明顯影響，反而由于臟污的存在增大了道床的參振質(zhì)量，引起振動(dòng)水平略有降低；工況三和工況四中振動(dòng)較強(qiáng)的道砟顆粒的個(gè)數(shù)明顯多于工況一，這是由于軌枕的荷載主要由軌枕下方道砟顆粒承擔(dān)，而該區(qū)域臟污顆粒在道砟顆粒之間起到潤(rùn)滑的效果，減弱了道床的整體穩(wěn)定性，提高了列車荷載作用下道砟的振動(dòng)水平。

圖7 道砟顆粒振動(dòng)加速度云圖(單位:g)

統(tǒng)計(jì)列車荷載加載至峰值時(shí)道床中全部道砟顆粒振動(dòng)加速度的平均值和最大值等結(jié)果，見表4。

表4 道砟顆粒振動(dòng)加速度結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表4可知，工況二中道砟振動(dòng)加速度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和最大值較工況一均有較小程度的減小，而工況三和工況四中道砟顆粒振動(dòng)加速度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和最大值較工況一均有較大程度的提高，表明了軌枕下方道床臟污后不僅會(huì)提高道床振動(dòng)水平，還會(huì)增大道砟顆粒之間振動(dòng)加速度的差異性，這是由于道床中同時(shí)存在道砟顆粒之間的咬合接觸以及與臟污顆粒形成的摩擦接觸，兩種接觸傳力方式呈現(xiàn)出不同的力學(xué)特性，導(dǎo)致道砟顆粒之間振動(dòng)加速度的差異性放大，這不利于道床力學(xué)性能的均勻性和穩(wěn)定性保持。另外對(duì)比而言，工況三中道砟顆粒的振動(dòng)水平提高程度高于工況四的，反映出軌枕下方上層道砟顆粒臟污更易引起道床振動(dòng)水平的提高。

3.2 臟污對(duì)道床受力的影響

道床受力是影響有砟道床服役壽命的重要因素之一，道砟顆粒受力過大會(huì)加速破碎劣化，縮短道床使用壽命。為分析臟污對(duì)道床受力的影響，在軌枕下方0.15 m位置處設(shè)置測(cè)量圓對(duì)道床應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所得結(jié)果見圖8。

圖8 道床0.15 m深度處道床應(yīng)力

由圖8可看出，當(dāng)列車的轉(zhuǎn)向架經(jīng)過時(shí)道床內(nèi)部應(yīng)力增大并達(dá)到最大值，工況一至工況四中道床應(yīng)力的最大值分別為66.65、67.11、78.75、88.68 kPa，工況二至工況四分別比工況一增大了0.69%、18.16%、33.06%。由此可知，砟肩區(qū)域道床臟污后對(duì)道床的應(yīng)力狀態(tài)影響不大，但是軌枕下方區(qū)域的臟污對(duì)道床應(yīng)力有顯著影響，會(huì)增大列車荷載作用下道床的應(yīng)力。

為進(jìn)一步探究臟污對(duì)道床受力狀態(tài)的影響，統(tǒng)計(jì)列車荷載加載至峰值時(shí)道砟顆粒之間的接觸力，并繪制整體云圖以及軌枕下方區(qū)域的局部放大圖，見圖9。

圖9 道砟顆粒接觸力云圖(單位:kN)

由圖9(a)～圖9(d)可知，在列車荷載作用下，道砟顆粒之間的強(qiáng)力鍵主要分布在軌枕下方區(qū)域，大致呈梯形分布，工況三和工況四中代表強(qiáng)力鍵的紅色接觸的數(shù)量明顯多于工況一(圖中道砟之間強(qiáng)力鍵受臟污顆粒接觸力鍵的遮擋作用未能完全顯示)。由圖9(e)可知，在列車荷載作用下，道砟空隙中的臟污顆粒受力較小，大部分臟污顆粒處于自由狀態(tài)，道砟顆粒之間出現(xiàn)強(qiáng)力鍵并承擔(dān)主要的枕上壓力；當(dāng)臟污顆粒處于道砟顆粒之間的傳力力鏈上時(shí)，臟污顆粒會(huì)受較大的接觸力作用。但臟污顆粒彼此之間并未形成荷載傳遞骨架，不參與對(duì)列車荷載的分擔(dān)作用，反而會(huì)因放大列車荷載對(duì)道床的沖擊作用而導(dǎo)致道床應(yīng)力增大。需要指出的是本文所建模型為臟污介質(zhì)含量較低的臟污道床，研究對(duì)象并非實(shí)際中常見的臟污材質(zhì)長(zhǎng)期發(fā)展并在雨水的作用下形成的板結(jié)道床，并未對(duì)臟污顆粒之間賦予黏結(jié)屬性，因此仿真得到的道砟顆粒受力傳力狀態(tài)與板結(jié)道床中的情況存在差異。

3.3 臟污對(duì)道床位移的影響

在仿真過程中對(duì)道砟顆粒的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，列車荷載加載至峰值時(shí)道砟顆粒的位移矢量圖見圖10。

圖10 道砟顆粒位移矢量圖(單位:mm)

由圖10可知，列車荷載作用下軌枕下方道砟顆粒主要產(chǎn)生豎直向下的位移，并且自軌枕底面向下，隨著道床深度的增加，道砟顆粒的位移逐漸衰減；位于砟肩區(qū)域的道砟不僅存在豎向的位移，同時(shí)還存在水平方向的位移分量，見圖10(a)，這主要是由于道砟顆粒在承受枕上壓力發(fā)生擠密傳力時(shí)會(huì)出現(xiàn)橫向擠壓現(xiàn)象，而砟肩區(qū)域道砟所受側(cè)向約束作用較弱，從而出現(xiàn)了沿水平方向的位移分量。對(duì)比可看出，工況三和工況四中位移較大的道砟顆粒個(gè)數(shù)明顯多于工況一，并且增大的位移分量主要沿豎向，這反映出軌枕下方臟污的存在導(dǎo)致道砟顆粒在列車荷載作用下出現(xiàn)了更大的豎向位移。

道砟顆粒的位移可以分為彈性位移和塑性位移兩部分，其中彈性位移是在列車荷載作用結(jié)束后能夠恢復(fù)的部分，宏觀表現(xiàn)為有砟道床的彈性特征；而塑性位移則是在列車荷載作用結(jié)束后不能恢復(fù)的位移，宏觀表現(xiàn)為道床的累積變形。顯然，道砟顆粒的塑性位移是有砟道床變形、沉降等力學(xué)行為的細(xì)觀表現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)列車荷載加載結(jié)束時(shí)道砟顆粒的塑性位移，將塑性位移劃分為不同的區(qū)間，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于工況一和工況二的計(jì)算結(jié)果差異不大，故僅給出工況一、工況三和工況四的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表5。

表5 道砟顆粒塑性位移統(tǒng)計(jì)

由表5可見，當(dāng)列車荷載作用結(jié)束后，正常道床中隨著道砟顆粒塑性位移的增大，其累計(jì)頻數(shù)逐漸降低，反映出正常道床中道砟顆粒產(chǎn)生較大塑性位移的概率較低，道床中大部分道砟顆粒所產(chǎn)生的塑性位移較小，基本上都保持在0.03 mm以下。當(dāng)軌枕下方存在臟污時(shí)，道砟顆粒的塑性位移不再遵循隨著位移增大而頻數(shù)逐漸降低的分布形式，而是出現(xiàn)了部分區(qū)段道砟顆粒位移放大現(xiàn)象，如圖中陰影部分區(qū)域所示。為更好對(duì)比三種工況中道砟顆粒塑性位移情況，將其頻數(shù)-塑性位移分布繪制成曲線，見圖11。

圖11 道砟顆粒塑性位移分布曲線

由圖11可看出，對(duì)于最小的塑性位移0.005 mm處，工況一、工況三和工況四的道砟顆粒豎向依次降低，臟污道床中保持最小塑性位移的道砟數(shù)量有所減少。對(duì)比可看出，工況三中道砟顆粒塑性位移分布在0.009～0.023 mm之間的頻數(shù)大于工況一，工況四中道砟顆粒塑性位移分布在0.005～0.015 mm之間的頻數(shù)大于工況一，這表明臟污道床中有更多的道砟顆粒并最終產(chǎn)生了更大的塑性位移。統(tǒng)計(jì)三種計(jì)算工況中全部道砟顆粒塑性位移的平均值，工況一、工況三和工況四中道砟顆粒的塑性位移平均值分別為5.64×10-3、9.57×10-3、9.90×10-3mm，工況三和工況四分別比工況一增大了69.68%、75.53%，由此可知，軌枕下方出現(xiàn)臟污后會(huì)顯著增大道床整體的塑性位移。

有砟道床作為軌排的下部支承結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生塑性位移后必然會(huì)引起軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉降，由于枕下區(qū)域的臟污改變了道砟顆粒塑性位移的頻數(shù)分布，使得更多的道砟顆粒產(chǎn)生更大的位移，這必然加快軌道結(jié)構(gòu)的沉降變形及幾何形位變化。

3.4 臟污對(duì)道砟磨耗的影響

列車荷載作用下道砟顆粒之間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移，產(chǎn)生切向摩擦作用，長(zhǎng)期發(fā)展將引起材料磨耗。為分析臟污對(duì)道砟顆粒磨耗行為的影響，以道砟顆粒之間的摩擦耗能作為道砟磨耗情況的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在仿真過程中對(duì)道砟顆粒之間的摩擦耗能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，仿真過程中每一時(shí)步中道砟摩擦耗能的增量ΔEμ為[20]

( 4 )

設(shè)置列車荷載作用起始時(shí)刻Eμ的量值為零，計(jì)算過程中累計(jì)每一計(jì)算時(shí)步的ΔEμ得到總的摩擦耗能Eμ為

( 5 )

式中：T為仿真計(jì)算中的物理時(shí)間;(ΔEμ)t為t時(shí)刻一個(gè)計(jì)算時(shí)程中的摩擦耗能。

仿真得到的四種工況中道砟顆粒摩擦耗能絕對(duì)值的時(shí)程曲線見圖12。

圖12 道砟顆粒摩擦耗能

由圖12可看出，在列車荷載作用下，道砟顆粒的摩擦耗能逐漸增長(zhǎng)，反映出列車荷載作用下道砟顆粒之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生磨耗。列車荷載作用結(jié)束時(shí)工況二至工況四中道砟顆?？偟哪Σ梁哪芫∮诠r一，且工況三和工況四的減小程度更明顯。這表明道床出現(xiàn)臟污后，尤其是軌枕下方的臟污會(huì)降低道砟顆粒之間的摩擦耗能。為分析原因所在，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)四種工況仿真結(jié)束時(shí)道砟顆粒之間的接觸數(shù)量，工況一至工況四中道砟顆粒之間的接觸數(shù)量分別為1 986、1 893、1 663、1 769；工況二至工況四分別比工況一減小了4.68%、16.26%、10.93%，這說明臟污道床中道砟顆粒之間的接觸數(shù)量會(huì)減少，這是由于列車荷載作用下臟污顆粒會(huì)逐漸遷移到道砟顆粒之間，使得部分道砟顆粒之間不再直接接觸，使得部分道砟顆粒之間由原來的咬合摩擦接觸變?yōu)榕c臟污顆粒的滑動(dòng)及滾動(dòng)接觸，從而導(dǎo)致道砟顆粒之間的滑動(dòng)摩擦作用減弱，減緩了線路運(yùn)營中道砟顆粒的磨耗現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1) 砟肩位置處臟污會(huì)略微降低道床的振動(dòng)水平，但影響不大。軌枕下方的上層及下層臟污均會(huì)增加道床中振動(dòng)加速度較大的道砟顆粒數(shù)量，并顯著提高道床的振動(dòng)水平，同時(shí)還會(huì)增大道砟顆粒之間振動(dòng)加速度的差異，削弱了道床力學(xué)性能的均勻性，相比而言上層臟污比下層臟污對(duì)道床振動(dòng)的影響更明顯。

(2) 道床中大部分臟污顆粒處于自由狀態(tài)，臟污顆粒未形成穩(wěn)定的力鍵骨架，不承擔(dān)列車荷載。砟肩區(qū)域臟污對(duì)道床受力影響不大，軌枕下方道床臟污會(huì)增加道床中強(qiáng)力鍵的分布并增大道床受力。

(3) 列車荷載作用下，枕下道砟主要發(fā)生垂向運(yùn)動(dòng)，砟肩區(qū)域道砟同時(shí)存在豎向和水平運(yùn)動(dòng)。枕下區(qū)域的臟污會(huì)增大枕下道砟顆粒的豎向位移，并改變道砟顆粒塑性位移的頻數(shù)分布形式，使得道砟的塑性位移不再遵循隨位移增大而頻數(shù)逐漸減小的規(guī)律，導(dǎo)致更多的道砟顆粒產(chǎn)生更大的塑性位移，從而加速軌道結(jié)構(gòu)沉降變形。

(4) 列車荷載作用下，臟污顆粒會(huì)逐漸遷移至道砟顆粒的傳力力鏈上，在道砟顆粒之間起到潤(rùn)滑效果，會(huì)減小動(dòng)荷載下道砟顆粒之間的摩擦耗能，減緩了線路運(yùn)營中道砟顆粒的磨耗現(xiàn)象。