高速鐵路飛砟機理研究

《高速鐵路飛砟機理研究》是依託北京交通大學，由井國慶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路飛砟機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：井國慶
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

有砟軌道是高速鐵路重要組成部分，具有建造速度快、成本低、適用範圍廣，易維修，尤其地震、洪水、戰爭等極端情況下。有砟結構與組成決定其缺點，如飛砟成為高速鐵路亟待解決關鍵問題之一。目前國內外在該方面研究很少，特別是微觀下軌枕-道砟-列車風相互作用機理與規律等基礎研究相當匱乏，是我國有砟高速鐵路發展瓶頸。在充分調研國外有砟高速鐵路飛砟研究成果基礎上，從微觀原理上揭示軌枕-道砟-列車風相互作用力學特性與作用機理，建立三維軌枕-道砟-列車風離散單元法與流體力學耦合模型，研究其相互作用機理、影響規律，進行飛砟風洞試驗和現場試驗，最佳化有砟道床結構形式與道砟參數，創新防治措施與方法。通過建立和完善理論分析模型，結合室內和現場測試，揭示相互作用機理與規律，形成具有自主智慧財產權的高速鐵路飛砟防治理論體系與方法，指導我國有砟高速鐵路設計和套用，彌補這一領域研究不足。

結題摘要

在國家自然科學基金“高速鐵路飛砟機理研究”支持下，開展了比較系統的飛砟套用基礎研究，主要內容包括有砟道床靜動力和道砟單體風洞試驗進行力學特性測試和數值研究。同時研究團隊積極拓展有砟道床國際合作，在荷蘭自然科學基金會（NWO）及國家自然科學基金聯合資助下，率隊赴歐洲開展了中歐軌道工程雙邊研討會。申請人還參加了在法國舉行的道砟專題研討會並做了宣講。同時申請人已聯合負責人的身份，申請到由美國聯邦鐵路管理局（FRA）資助的相關課題。 本次研究內容主要包括了有砟道床靜動力和道砟單體風洞試驗進行力學特性測試和數值研究。例如，根據飛砟受力特點，研究道砟顆粒起跳、運動軌跡方程，評判飛砟危害；進行道砟顆粒風洞試驗；測試了不同形狀、顆粒大小道砟臨界風速、遷移距離、道砟顆粒風壓分布；利用計算流體力學（CFD）進行空氣動力學分析，評判道砟顆粒形狀對於飛砟（遷移）影響及規律；根據力學平衡法則，揭示軌枕-道砟-列車風相互作用力學特性與作用機理，建立飛砟力學平衡機理方程，研究參數敏感性及影響規律。該模型可用來最佳化道床結構形式與參數，指導防治方法與措施；在以上平衡方程基礎上，採用隨機過程機率密度法，定量研究高速鐵路飛砟幾率與可靠性。 通過試驗和離散單元法數值分析，研究高速有砟道床軌道結構結構選型與振動力學特性；針對於高速有砟道床空吊板問題，研究空吊板工況下道砟破碎及振動力學特性，同時進行高速有砟道床新型結構體系研究，最佳化高速有砟道床結構與力學特性，如高速有砟道床材料特性，新型底砟結構，土工格柵與道砟膠固化力學特性。有砟道床離散單元法分析表明，搗鼓維修、地震荷載作用後，有砟道床鬆散促進飛砟發生。 綜上所述, 已在發表期刊論文11篇，3篇為SCI源刊，9篇EI及3篇ISTP會議，獲得專利3項，為高速鐵路有砟道床理論和技術儲備進行了一定有益探討。