高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

編委會(huì)

主任委員:

盧春房

委員:

翟婉明杜彥良李椿萱周黎李迎九

王濱劉為群趙鵬盛黎明丁叁叁

高亮唐濤白明洲

國(guó)家出版基金項(xiàng)目

“十四五”時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

安全·健康·維護(hù)系列

高速鐵路道砟飛濺

機(jī)理及防治

本叢書(shū)編委會(huì)總主編

高亮石順偉殷浩著

王平主審

中國(guó)鐵道出版社有限公司

年北京

2022·

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)為高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)之一針對(duì)高速鐵路有砟軌道面臨的道砟飛

“”。

濺問(wèn)題本書(shū)采用理論與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究自主設(shè)計(jì)高速鐵路

,。

道砟飛濺風(fēng)洞試驗(yàn)方法探究了有砟軌道結(jié)構(gòu)宏觀流場(chǎng)分布特征顆粒細(xì)觀屬性對(duì)道砟飛濺的

,、

影響采用多孔介質(zhì)及滑移網(wǎng)格方法構(gòu)建高速列車(chē)有砟軌道流場(chǎng)分析模型實(shí)現(xiàn)了高速行車(chē)

;,

條件下有砟軌道復(fù)雜氣動(dòng)流場(chǎng)的真實(shí)還原基于流-體動(dòng)力學(xué)離散單元法多體動(dòng)力學(xué)耦合創(chuàng)

;

建道砟飛濺動(dòng)力分析模型分析了列車(chē)空氣動(dòng)力軌道結(jié)構(gòu)振-動(dòng)大風(fēng)運(yùn)營(yíng)-環(huán)境等多場(chǎng)耦合作

,、、

用下道砟飛濺發(fā)生及發(fā)展機(jī)理研究道床軌枕設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)道砟飛濺的影響提出了道砟飛濺

,、,

防治措施形成了系統(tǒng)化的高速鐵路道砟飛濺機(jī)理防治理論分析及應(yīng)用技術(shù)體系

,、。

本書(shū)適合鐵道工程專(zhuān)業(yè)科研設(shè)計(jì)施工養(yǎng)護(hù)維修人員參考也可作為高等院校鐵道工程

、、、,

專(zhuān)業(yè)研究生和本科生學(xué)習(xí)參考用書(shū)

。

圖書(shū)在版編目CIP數(shù)據(jù)

()

高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治高亮石順偉殷浩著北京

/,,—:

中國(guó)鐵道出版社有限公司.

,

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技2術(shù)02創(chuàng)2.新4叢書(shū)安全健康維護(hù)系列

(··)

十四五時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān).項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目

“”

ISBN978-7-113-28906-5

高高石殷高速鐵路軌道力學(xué)

…………

動(dòng)力Ⅰ.學(xué)①研究Ⅱ.①②③Ⅲ.①--

-Ⅳ.①U213.2

中國(guó)版本圖書(shū)館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2022)031688

書(shū)名:高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

作者:高亮石順偉殷浩

策劃:劉霞

責(zé)任編輯:劉霞編輯部電話(huà):電子郵箱:

(010)51873405604105550@.com

封面制作:高博越尚明龍封面攝影:王明柱叢書(shū)標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì):崔麗芳qq

責(zé)任校對(duì):孫玫

責(zé)任印制:高春曉

出版發(fā)行:中國(guó)鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門(mén)西街號(hào)

(100054,8)

網(wǎng)址:

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印刷:北京p聯(lián)興盛業(yè)印p刷股份有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202241202241

開(kāi)本:印張字?jǐn)?shù)千

787mm×1092mm1/16:13.75:268

書(shū)號(hào):

ISBN978-7-113-28906-5

定價(jià):元

88.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購(gòu)買(mǎi)鐵道版圖書(shū)如有印制質(zhì)量問(wèn)題請(qǐng)與本社讀者服務(wù)部聯(lián)系調(diào)換電話(huà)

,,。:(010)51873174

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:(010)63549461

高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)

編輯組

組長(zhǎng):王濱

副組長(zhǎng):楊新陽(yáng)

策劃:(以姓氏筆畫(huà)為序)

王健王風(fēng)雨王明容亢嘉豪田甜朱敏潔劉霞

江新錫李小軍李潤(rùn)華李嘉懿楊哲時(shí)博邱金帥

張婕陳小剛金鋒徐艷徐清黃璐曹艷芳

崔忠文傅希剛曾露平熊安春黎琳薛麗娜

編輯:(第一期,以姓氏筆畫(huà)為序)

王風(fēng)雨亢嘉豪田甜白小玉馮海燕朱榮榮朱敏潔

劉霞李小軍李潤(rùn)華邱金帥張瑜趙昱萌趙雅敏

黃璐鹿金煒曾麗辰薛麗娜魏娟

統(tǒng)籌:李小軍劉霞

序

我國(guó)高速鐵路起步晚、發(fā)展快、后勁足,經(jīng)過(guò)幾代人的不懈努力,通過(guò)原始創(chuàng)新、

集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新,成功地走出了一條符合中國(guó)國(guó)情路情、具有中國(guó)特

色的自主創(chuàng)新之路。我國(guó)已系統(tǒng)掌握各種復(fù)雜地質(zhì)和氣候條件下高速鐵路建造成

套技術(shù);在工務(wù)工程、列車(chē)運(yùn)行控制、牽引供電、動(dòng)車(chē)組等高速鐵路核心技術(shù)方面實(shí)

現(xiàn)自主化;形成了復(fù)雜路網(wǎng)條件下處理跨線(xiàn)運(yùn)行的運(yùn)營(yíng)管理成套技術(shù),構(gòu)建了人防、

物防、技防三位一體的主動(dòng)安全保障機(jī)制。我國(guó)已成為全球高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程最

長(zhǎng)、在建規(guī)模最大、運(yùn)營(yíng)速度最快、技術(shù)體系最全、運(yùn)營(yíng)和管理經(jīng)驗(yàn)最豐富的國(guó)家。

我國(guó)高速鐵路技術(shù)已走在世界前列,成為推動(dòng)世界高速鐵路發(fā)展的重要力量。

為貫徹落實(shí)中共中央、國(guó)務(wù)院《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》,推進(jìn)國(guó)鐵集團(tuán)《新時(shí)代交通

強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》的落地,系統(tǒng)總結(jié)、梳理我國(guó)高速鐵路各領(lǐng)域前沿理論和技

術(shù),向我國(guó)乃至世界高速鐵路科研工作者和工程技術(shù)人員提供一套前沿性的參考

書(shū),中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司鐵道出版社公司特組織編著出版“高速鐵路基礎(chǔ)研

究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”。

叢書(shū)以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo),以國(guó)家自然科學(xué)基金課

題、國(guó)家基金委國(guó)鐵集團(tuán)高鐵聯(lián)合基金課題、國(guó)家“”課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課

-973

題等科研成果為支撐,從高速鐵路前沿研究、補(bǔ)短板技術(shù)、核心技術(shù)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

等方向組織選題,涵蓋動(dòng)車(chē)組、供電、通信與信號(hào)、列控與檢測(cè)、工程勘察與設(shè)計(jì)、智

能建造、運(yùn)營(yíng)與管理、現(xiàn)代信息技術(shù)、安全和維護(hù)等領(lǐng)域,規(guī)模為冊(cè),是全面系統(tǒng)

100

論述我國(guó)高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新成就的大型系列原創(chuàng)性科技著作。

叢書(shū)力求突出制高點(diǎn)、原創(chuàng)性、權(quán)威性、全覆蓋特色。叢書(shū)各冊(cè)內(nèi)容以作者團(tuán)隊(duì)

長(zhǎng)期從事高速鐵路科學(xué)研究的成果為依托,多數(shù)成果居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平甚至世界先

進(jìn)水平,多種成果榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng),國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二

等獎(jiǎng),茅以升科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),鐵道科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng),叢書(shū)內(nèi)

容體現(xiàn)了我國(guó)當(dāng)今最新、最前沿以及展現(xiàn)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的高速鐵路相關(guān)研究成果和

ⅱ高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

應(yīng)用技術(shù)。叢書(shū)包括動(dòng)車(chē)組、供電、工程施工與組織等十個(gè)系列,基本實(shí)現(xiàn)高速鐵路

各領(lǐng)域全覆蓋。

叢書(shū)由編委會(huì)總負(fù)責(zé)。編委會(huì)陣容強(qiáng)大,認(rèn)真負(fù)責(zé)。編委會(huì)各成員都是長(zhǎng)期從

事我國(guó)高速鐵路科研、技術(shù)、生產(chǎn)和管理的一流專(zhuān)家學(xué)者,是所從事領(lǐng)域的翹楚,其

中包括高速鐵路及其相關(guān)領(lǐng)域的四位院士。編委會(huì)多次開(kāi)會(huì)商討叢書(shū)的體系、內(nèi)容

特色、作者條件及質(zhì)量保障機(jī)制;分工負(fù)責(zé),精心審訂和修改各冊(cè)編寫(xiě)提綱;多次遴

選選題,先從多個(gè)選題意向中遴選出個(gè)選題,后又剔除了內(nèi)容特色不太鮮

150100

明的個(gè)選題,還對(duì)多個(gè)選題提出了較大的改進(jìn)意見(jiàn),補(bǔ)充了個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和彌

8108

補(bǔ)技術(shù)空白的選題;最后邀請(qǐng)專(zhuān)人對(duì)各冊(cè)內(nèi)容進(jìn)行審定,從而保證了各冊(cè)內(nèi)容的正

確性和先進(jìn)性。

年年底,國(guó)家新聞出版署經(jīng)過(guò)嚴(yán)格評(píng)審,“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新

2021

叢書(shū)”(冊(cè))成功入選“‘十四五’時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)出版物出版專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃———重大出

100

版工程”。這是對(duì)本叢書(shū)項(xiàng)目的認(rèn)可,也是對(duì)編委會(huì)、作者和編輯等人員前期工作的

認(rèn)可,更是一種鞭策。我們相信,本叢書(shū)的出版,將助力于《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的貫

徹落實(shí),推動(dòng)我國(guó)乃至世界高速鐵路事業(yè)的發(fā)展,也將為鐵路領(lǐng)域的科研工作者、工

程技術(shù)人員、管理人員,以及高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生提供一套高水平、原創(chuàng)性、權(quán)威性、全

覆蓋的大型高鐵科技精品著作。

中國(guó)工程院院士

“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”編委會(huì)主任

年月

20222

前言

本書(shū)為“高速鐵路基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新叢書(shū)”之分冊(cè),按叢書(shū)要求,力圖體現(xiàn)高

速鐵路道砟飛濺機(jī)理和防治辦法的制高點(diǎn)、前沿性、原創(chuàng)性特色。

高速鐵路作為我國(guó)自主創(chuàng)新的標(biāo)志性成果已領(lǐng)跑世界。軌道是高速列車(chē)運(yùn)行

的下部基礎(chǔ),其質(zhì)量狀態(tài)直接影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全。有砟軌道和無(wú)砟軌道是高速鐵路

最基本的兩種軌道結(jié)構(gòu)形式,其中采用碎石道床作為軌下基礎(chǔ)的有砟軌道,以其經(jīng)

濟(jì)合理、彈性良好、維修便捷、減振優(yōu)良的特點(diǎn),在世界范圍內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可與應(yīng)

用,是國(guó)際上高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的主要形式。法國(guó)、日本、西班牙等高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)

家均主要采用有砟軌道結(jié)構(gòu),我國(guó)的長(zhǎng)大橋梁、地下采空區(qū)、高架車(chē)站、軟黏土地區(qū)

等特殊地段也大多采用了有砟軌道。

目前,我國(guó)高速鐵路發(fā)展方向已由大規(guī)模建設(shè)階段,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)、高效的運(yùn)

營(yíng)與維護(hù)階段。我國(guó)氣候、地形的多樣性,使得高速鐵路有砟軌道的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)工

作面臨著前所未有的巨大挑戰(zhàn)。雖然有砟軌道在世界范圍內(nèi)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng),積累了

相對(duì)豐富的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn),然而在高速行車(chē)條件下,有砟軌道的受力特征發(fā)

生了顯著變化。由于有砟軌道固有的散粒體結(jié)構(gòu)特征,列車(chē)高速通過(guò)時(shí),在列車(chē)空

氣動(dòng)力與軌道動(dòng)力等因素的影響下,會(huì)出現(xiàn)道砟顆粒飛離道床,擊打軌道、車(chē)輛及線(xiàn)

路周邊設(shè)施的情況,即道砟飛濺現(xiàn)象。

道砟飛濺對(duì)軌道和車(chē)體結(jié)構(gòu)危害顯著,增加了線(xiàn)路和車(chē)輛的養(yǎng)護(hù)維修成本,并

威脅行車(chē)安全。飛濺道砟若散落在鋼軌踏面,在輪軌力作用下會(huì)造成鋼軌和車(chē)輪傷

損,加速軌道惡化和車(chē)輪扁疤,進(jìn)而導(dǎo)致輪軌受力改變,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生脫軌等事

故;若擊打列車(chē)轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)缸、車(chē)體等部位,會(huì)造成列車(chē)傷損,增加不安全因素以及

車(chē)輛維修成本;會(huì)對(duì)線(xiàn)路周?chē)O(shè)施造成一定的危害,甚至有可能發(fā)生人身傷害。道

砟飛濺現(xiàn)象制約了高速鐵路有砟軌道的進(jìn)一步發(fā)展,使我國(guó)新建高速鐵路大量采用

了建設(shè)成本高、工期長(zhǎng)、維修難的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。

高速鐵路道砟飛濺現(xiàn)象具有顯著的不確定性,且飛濺道砟速度極快,較難通過(guò)

ⅱ高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段觀測(cè)到道砟飛濺,采用傳統(tǒng)試驗(yàn)手段不能準(zhǔn)確掌握道砟飛濺的發(fā)生和

發(fā)展機(jī)理。同時(shí),在列車(chē)的高頻荷載反復(fù)作用下,軌道和下部基礎(chǔ)均會(huì)產(chǎn)生較大的

振動(dòng),道砟顆粒在列車(chē)風(fēng)載與軌道動(dòng)載作用下的穩(wěn)定性顯著降低。此外,我國(guó)幅員

遼闊,高速鐵路線(xiàn)路跨越區(qū)域氣候條件差異較大,存在如大風(fēng)等自然條件的影響,均

可能誘發(fā)道砟飛濺現(xiàn)象。以上諸多因素導(dǎo)致高速鐵路道砟飛濺發(fā)生和發(fā)展機(jī)理復(fù)

雜,而我國(guó)在高速鐵路道砟飛濺方面的研究存在較多空白。因此,道砟飛濺是高速

鐵路亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一,有必要對(duì)高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治措施進(jìn)行深

入研究,保證高鐵列車(chē)的安全運(yùn)營(yíng),降低線(xiàn)路建造及養(yǎng)護(hù)維修成本,為我國(guó)高鐵“走

出去”戰(zhàn)略提供重要的技術(shù)支撐。

近年來(lái),筆者及團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公

司相關(guān)重大課題,針對(duì)時(shí)速及以上有砟軌道設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中基礎(chǔ)理論方面

300km

所面臨的若干關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了研究,在道砟飛濺發(fā)生機(jī)理及防控措施方面積累

了大量的研究成果,并作為主要理論支撐方參與了高速鐵路散體道床關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)

計(jì)。這些階段性研究成果進(jìn)一步總結(jié)凝練后,形成了本書(shū)的主要內(nèi)容。

在開(kāi)展鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治措施等關(guān)鍵技術(shù)的研究中,得到中國(guó)國(guó)家鐵路

集團(tuán)有限公司、國(guó)家鐵路局有關(guān)領(lǐng)導(dǎo),以及中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司、各相

關(guān)高校、設(shè)計(jì)院、鐵路局、工程局等單位的大力支持與幫助,得到國(guó)家自然基金的資

助。本書(shū)由西南交通大學(xué)王平主審,課題組肖宏、蔡小培、尹輝、侯博文參與了大量

工作,研究生劉暢、趙云哲、蔡航、王向?qū)帯㈨n易昂等進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料的收

集整理并協(xié)助開(kāi)展試驗(yàn)測(cè)試等工作;肖一雄、徐萌參與了校訂工作。本書(shū)還參考了

最近頒布的相關(guān)規(guī)范及國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)。在此,對(duì)上述單位及個(gè)人的支持與幫助一

并表示感謝。

因水平有限,書(shū)中難免有疏漏、不妥之處,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

著者

年于北京

2022

目錄

第1章緒論………………

1

高速鐵路有砟軌道應(yīng)用現(xiàn)狀………

1.11

國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀………………

1.1.12

國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀………………

1.1.23

有砟軌道流場(chǎng)特征研究現(xiàn)狀………

1.23

流場(chǎng)特征現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究……………………

1.2.14

流場(chǎng)特征室內(nèi)試驗(yàn)研究……………………

1.2.27

流場(chǎng)特征數(shù)值仿真研究……………………

1.2.39

道砟飛濺動(dòng)力特征研究現(xiàn)狀………

1.311

道砟飛濺防治措施研究現(xiàn)狀………

1.413

第2章高速鐵路道砟飛濺風(fēng)洞試驗(yàn)研究…………………

16

道砟飛濺風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)計(jì)……………

2.116

道砟顆粒風(fēng)洞試驗(yàn)方法及裝置……………

2.1.116

有砟軌道結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)計(jì)………………

2.1.218

顆粒特征對(duì)道砟飛濺影響試驗(yàn)研究………………

2.221

道砟形狀影響分析…………

2.2.121

道砟順風(fēng)面影響分析………

2.2.225

道砟接觸面粗糙度影響分析………………

2.2.327

有砟軌道結(jié)構(gòu)流場(chǎng)特征試驗(yàn)研究…………………

2.329

流場(chǎng)風(fēng)速分布特征…………

2.3.130

流場(chǎng)風(fēng)壓分布特征…………

2.3.231

第3章道砟顆粒細(xì)觀流場(chǎng)特征精細(xì)化分析………………

37

復(fù)雜外形道砟顆粒形態(tài)特征分析…………………

3.137

道砟顆粒復(fù)雜外形獲取及分析方法………

3.1.137

道砟樣本形態(tài)特征分析……………………

3.1.241

道砟顆粒細(xì)觀流場(chǎng)分析模型………

3.243

道砟顆粒細(xì)觀流場(chǎng)分析模型建立…………

3.2.143

ⅱ高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

基于道砟顆粒風(fēng)洞試驗(yàn)的模型驗(yàn)證………

3.2.245

道砟顆粒細(xì)觀流場(chǎng)特征分析………

3.347

道砟表面流場(chǎng)分布特征分析………………

3.3.147

道砟表面流場(chǎng)壓差分析……………………

3.3.249

外風(fēng)荷載強(qiáng)度影響分析……………………

3.3.350

第4章基于滑移網(wǎng)格法的有砟軌道宏觀流場(chǎng)特性分析…………………

53

高速鐵路有砟軌道宏觀流場(chǎng)分析模型……………

4.153

有砟道床多孔介質(zhì)分析方法………………

4.1.153

高速列車(chē)有砟軌道滑移網(wǎng)格分析方法…………………

4.1.2-54

基于動(dòng)態(tài)計(jì)算域的邊界條件與求解方法…………………

4.1.356

高速列車(chē)有砟軌道流場(chǎng)分析模型構(gòu)建…………………

4.1.4-57

基于有砟軌道風(fēng)洞試驗(yàn)的模型驗(yàn)證………

4.1.561

有砟軌道宏觀流場(chǎng)風(fēng)壓特征分析…………………

4.262

流場(chǎng)風(fēng)壓分布特征…………

4.2.162

流場(chǎng)風(fēng)壓時(shí)程特征…………

4.2.267

流場(chǎng)風(fēng)壓頻域特征…………

4.2.378

有砟軌道宏觀流場(chǎng)風(fēng)速特征分析…………………

4.379

流場(chǎng)風(fēng)速分布特征…………

4.3.179

流場(chǎng)風(fēng)速時(shí)程特征…………

4.3.284

流場(chǎng)風(fēng)速矢量特征…………

4.3.386

行車(chē)速度對(duì)軌道流場(chǎng)影響研究……………………

4.488

對(duì)軌道流場(chǎng)風(fēng)壓影響………

4.4.188

對(duì)軌道流場(chǎng)風(fēng)速影響………

4.4.292

外風(fēng)條件對(duì)軌道流場(chǎng)影響研究……………………

4.594

對(duì)軌道流場(chǎng)風(fēng)壓影響………

4.5.195

對(duì)軌道流場(chǎng)風(fēng)速影響……………………

4.5.2100

第5章基于風(fēng)振耦合的道砟飛濺動(dòng)力特征研究…………

107

高速鐵路道砟飛濺動(dòng)力分析模型………………

5.1107

有砟道床離散單元法分析模塊…………

5.1.1107

軌道流場(chǎng)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析模塊……

5.1.2111

軌道動(dòng)力多體動(dòng)力學(xué)分析模塊…………

5.1.3113

目錄ⅲ

耦合分析方法…………

5.1.4CFD-DEM-MBD116

道砟飛濺動(dòng)力分析耦合模型構(gòu)建及驗(yàn)證………………

5.1.5118

列車(chē)風(fēng)載下道砟飛濺動(dòng)力特征分析……………

5.2121

道砟運(yùn)動(dòng)行為分析………

5.2.1121

道砟動(dòng)力響應(yīng)分析………

5.2.2123

軌道動(dòng)載下道砟飛濺動(dòng)力特征分析……………

5.3126

道砟運(yùn)動(dòng)行為分析………

5.3.1126

道砟動(dòng)力響應(yīng)分析………

5.3.2127

風(fēng)振耦合下道砟飛濺動(dòng)力特征分析……………

5.4129

道砟運(yùn)動(dòng)行為分析………

5.4.1130

道砟動(dòng)力響應(yīng)分析………

5.4.2131

車(chē)速和軸重對(duì)道砟飛濺動(dòng)力特征影響分析……

5.5133

車(chē)速對(duì)道砟飛濺影響分析………………

5.5.1133

軸重對(duì)道砟飛濺影響分析………………

5.5.2138

第6章基于道床參數(shù)優(yōu)化的道砟飛濺防治措施研究……

142

枕盒道砟高度影響分析…………

6.1142

軌道流場(chǎng)特征分析………

6.1.1143

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

6.1.2146

砟肩堆高高度影響分析…………

6.2148

軌道流場(chǎng)特征分析………

6.2.1148

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

6.2.2152

邊坡坡度影響分析………………

6.3154

軌道流場(chǎng)特征分析………

6.3.1154

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

6.3.2158

道床級(jí)配影響分析………………

6.4159

第7章基于軌枕參數(shù)優(yōu)化的道砟飛濺防治措施研究……

163

軌枕間距影響分析………………

7.1163

軌道流場(chǎng)特征分析………

7.1.1163

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

7.1.2166

軌枕邊角形狀影響分析…………

7.2168

軌道流場(chǎng)特征分析………

7.2.1169

ⅳ高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

7.2.2172

軌枕長(zhǎng)度影響分析………………

7.3174

軌道流場(chǎng)特征分析………

7.3.1175

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

7.3.2177

軌枕寬度影響分析………………

7.4179

軌道流場(chǎng)特征分析………

7.4.1180

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

7.4.2182

軌枕高度影響分析………………

7.5183

軌道流場(chǎng)特征分析………

7.5.1184

道砟飛濺動(dòng)力特征分析…………………

7.5.2186

第8章結(jié)論及展望…………

189

結(jié)論…………

8.1189

展望…………

8.2191

參考文獻(xiàn)………………………

193

第1章緒論

高速鐵路以其速度高全封閉自動(dòng)化程度高安全舒適等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到了全世界的

、、、、

青睞有砟軌道及無(wú)砟軌道是高速鐵路兩種主要的軌道結(jié)構(gòu)形式在世界范圍內(nèi)得到了廣

。,

泛應(yīng)用無(wú)砟軌道具有穩(wěn)定性高均勻性好養(yǎng)護(hù)維修工作量小等優(yōu)點(diǎn)但存在造價(jià)高振動(dòng)

。、、,、

噪聲大等不足且一旦發(fā)生上拱離縫等病害或地震等地質(zhì)災(zāi)害造成的嚴(yán)重傷損養(yǎng)護(hù)維修

,、,,

困難威脅行車(chē)安全相比之下有砟軌道具有建設(shè)成本低振動(dòng)噪聲小養(yǎng)護(hù)維修方便等

,。,、、

優(yōu)勢(shì)但在高速列車(chē)高頻循環(huán)荷載及復(fù)雜氣動(dòng)環(huán)境作用下易發(fā)生道床劣化及道砟飛濺等

,

現(xiàn)象

。

道砟飛濺會(huì)擊打車(chē)輛及軌道設(shè)施造成車(chē)輪扁疤鋼軌擦傷等病害致使輪軌接觸關(guān)系

,、,

發(fā)生改變輪軌作用力增大嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)脫軌等事故此外道砟飛濺可能會(huì)導(dǎo)致車(chē)體

,,。,、

制動(dòng)缸及線(xiàn)路周邊設(shè)施傷損造成大量的不安全因素大大增加列車(chē)及線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)維修成本

,,。

因此道砟飛濺嚴(yán)重影響列車(chē)運(yùn)行的安全性穩(wěn)定性及舒適性是高速鐵路有砟軌道目前亟

,、,

待解決的關(guān)鍵難題列車(chē)高速運(yùn)行產(chǎn)生的軌道表面復(fù)雜氣動(dòng)流場(chǎng)是道砟飛濺的主要原因

。,

本章在充分調(diào)研高速鐵路有砟軌道應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上總結(jié)分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)高速鐵

,

路有砟軌道流場(chǎng)特征道砟飛濺動(dòng)力特性以及道砟飛濺防治措施的研究現(xiàn)狀最后提出了

、,,

目前有待完善的幾個(gè)問(wèn)題

。

1.1高速鐵路有砟軌道應(yīng)用現(xiàn)狀

目前擁有列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度及以上高速鐵路線(xiàn)路的國(guó)家主要有中國(guó)日本

,200km/h、、

法國(guó)德國(guó)意大利西班牙比利時(shí)英國(guó)瑞典俄羅斯荷蘭等近十年來(lái)中國(guó)高速鐵路

、、、、、、、、。,

經(jīng)歷了較大發(fā)展積累了大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)三大高速鐵路技術(shù)國(guó)家在最初發(fā)展高速鐵

,。

路時(shí)均選擇有砟軌道結(jié)構(gòu)發(fā)展后期日本和德國(guó)先后開(kāi)始發(fā)展無(wú)砟軌道技術(shù)法國(guó)則一直

,,,

發(fā)展有砟軌道技術(shù)中國(guó)高速鐵路起步較晚將有砟軌道和無(wú)砟軌道作為兩種并行的技術(shù)

。,

路線(xiàn)分別在國(guó)內(nèi)不同外部環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用

,。

2高速鐵路道砟飛濺機(jī)理及防治

1.1.1國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

世界上第一條高速鐵路日本東海道新干線(xiàn)采用了有砟軌道結(jié)構(gòu)德國(guó)早期修建的

———。

城際鐵路約為有砟軌道法國(guó)高速鐵路幾乎全部為有砟軌道結(jié)構(gòu)東部線(xiàn)運(yùn)營(yíng)速度達(dá)

75%。,

到試驗(yàn)速度為西班牙意大利等國(guó)的高速鐵路絕大部分采用了有

320km/h,574.8km/h。、

砟軌道結(jié)構(gòu)從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看有砟軌道也是未來(lái)高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)形式之一

。,。

日本是世界上第一個(gè)將高速鐵路進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的國(guó)家日本在年月日正

,1964101

式將東海道新干線(xiàn)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)列車(chē)運(yùn)行速度最高可達(dá)全線(xiàn)主要采用有砟軌

,210km/h,

道結(jié)構(gòu)東海道新干線(xiàn)展現(xiàn)了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的高速鐵路技術(shù)推動(dòng)了高速鐵路由試驗(yàn)

。,

階段成功進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段東海道新干線(xiàn)的建立緩解了當(dāng)時(shí)緊張的運(yùn)輸能力使曾經(jīng)被

。,

稱(chēng)為夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的鐵路煥發(fā)出新的生命力預(yù)示著鐵路高科技時(shí)代的到來(lái)年全國(guó)

“”,。1971《

鐵道新干線(xiàn)建設(shè)法在日本順利通過(guò)高速鐵路的建設(shè)高潮很快在日本出現(xiàn)并風(fēng)靡全球山

》,。

陽(yáng)新干線(xiàn)于年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)列車(chē)最高運(yùn)行速度東北新干線(xiàn)于年投

1975,270km/h。1985

入運(yùn)營(yíng)列車(chē)最高運(yùn)行速度上越新干線(xiàn)于年投入運(yùn)營(yíng)列車(chē)最高運(yùn)行速度

,240km/h。1982,

長(zhǎng)野新干線(xiàn)于年投入運(yùn)營(yíng)列車(chē)最高運(yùn)行速度

240km/h。1997,260km/h。

日本高速鐵路的成功運(yùn)營(yíng)帶動(dòng)了世界其他國(guó)家人們逐漸意識(shí)到高速鐵路的優(yōu)越性紛

,,

紛開(kāi)始自主發(fā)展高速鐵路技術(shù)自年起法國(guó)國(guó)鐵開(kāi)始探索高速鐵路設(shè)計(jì)和建

。1950,SNCF

造技術(shù)并于年首次進(jìn)行