双块式无砟轨道结构在我国大规模运用。现场调查发现较多线路已出现道床板与支承层层间离缝。离缝的产生将导致双块式无砟轨道层间传力机制发生转变,影响轨道结构的稳定性和耐久性,甚至会对高速列车运行平稳性和行车安全造成影响,是一种较为严重的病害。本文从双块式无砟轨道承受列车荷载-环境复合作用特点出发,结合界面力学在无砟轨道层间损伤、破坏研究中的最新应用,开展高速铁路列车荷载-环境复合作用下双块式无砟轨道层间粘结失效行为分析,揭示界面破坏及层间离缝扩展的特性,对完善双块式无砟轨道结构设计理论与养护维修技术具有参考价值。本论文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“高速铁路基础结构动态性能演变及服役安全基础研究(2013CB036200)”和国家自然科学基金重大项目“高速轨道交通基础结构动力学性能演化、损伤机理及控制(11790283)”的资助下完成。论文开展的主要研究工作如下:1.分析了高速铁路列车荷载-环境复合作用及界面破坏特点,论述了无砟轨道界面力学行为和界面破坏、界面力学性能试验、列车荷载-环境复合作用对无砟轨道层间破坏等问题的研究现状,为本文研究起到举旗定向的作用。2.通过制作高速铁路双块式无砟轨道道床板-支承层混凝土复合试件,设计试验方案,开展道床板-支承层混凝土界面粘结强度试验及界面受拉疲劳性能试验,探明了界面破坏形态,确定了双块式无砟轨道层间粘结界面模型关键参数,得到了界面受拉疲劳S-N曲线。3.建立了双块式无砟轨道层间粘结界面模型,并用试验结果验证了界面模型的有效性;通过将界面模型嵌入到内聚力单元中,建立了考虑层间粘结失效的双块式无砟轨道有限元模型,为分析列车荷载、温度梯度、离缝积水复合作用下层间粘结失效行为提供了基础。采用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了高速车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型求解轮轨作用力;针对分析温度梯度作用的需求,采用传热学理论,建立了双块式无砟轨道道床板温度梯度计算模型;采用流固耦合理论,建立了动水压力计算模型,分析离缝积水动力作用,并分别进行了模型验证。结果表明,所建立的界面模型和列车荷载-环境复合作用系列模型可靠有效。4.应用双块式无砟轨道道床板温度梯度计算模型,得到了道床板年温度梯度,研究了无砟轨道界面张力与温度梯度的映射关系,开展了温度梯度长期作用下界面疲劳张力分析,并获得了相关参数对界面张力的影响规律,分析了界面发生冲击破坏时界面受力、损伤与位移分布。结果表明:无砟轨道界面张力与温度梯度之间存在映射关系;界面疲劳张力分布具有明显的地区性特点;随着温度梯度荷载逐渐增加,界面内聚应力、位移的变化呈现出线弹性上升、损伤演化、失效等三个阶段;温度梯度荷载作用下界面发生冲击破坏时,界面发生法向破坏占主体地位的复合破坏,界面粘结性能越低,法向破坏在复合型破坏中的主体地位越突出。5.运用列车荷载作用下双块式无砟轨道离缝积水动水压力计算模型,研究了离缝积水动水压力的时空分布特点;分析了单节车辆通过时界面张力的时空分布特点,在此基础上得到了车辆通过时的界面疲劳张力;最后分析了界面发生冲击破坏时层间粘结状态的时空分布特点,并得到了不同离缝高度和列车运行速度下界面发生冲击破坏的临界深度。主要结论如下:列车荷载作用下,高速车辆3位轮对通过时动水压力达到最大正压值,后转向架中点通过时动水压力达到最大负压值;同一个时刻在离缝积水的不同深度处,可能同时存在正压和负压。高速车辆通过界面正上方时界面受压闭合,4位轮对到达时界面压力达到最大值,车辆通过后界面张力达到最大值。随着离缝深度逐渐增加、离缝高度逐渐减小、列车运行速度逐渐提升,动水压力主矢和主矩、界面张力最大正值逐渐增大,最大负值逐渐减小。界面冲击破坏作用时间短、破坏力大,在列车运行速度350km/h,离缝高度为2mm,深度为0.9m时车辆通过后界面发生冲击破坏,离缝深度扩展0.18m。界面各点发生冲击破坏时,界面发生法向破坏占绝对主体地位的复合型破坏。6.研究了列车荷载-环境复合作用下界面发生破坏的全过程。首先探明了不利工况下界面发生初始破坏的条件,随后提出界面疲劳破坏分析方法,并采用该分析方法,结合广州地区2001年气象资料进行实例计算分析,求得界面区间寿命。最后通过轨道结构动态性能随离缝深度的演变关系、界面寿命,获得轨道结构动态性能演变规律。主要结论如下:不利工况下,当较大温度梯度和较差界面粘结性能不利组合时,界面将发生初始破坏。离缝初始深度为影响轨道结构动态性能演变的重要因素,离缝积水将大幅加速轨道结构动态性能劣化进程。离缝初始深度0.6m、离缝存在积水时,列车荷载-环境长期复合作用下约25年后轨道结构变形超过容许值;若离缝初始深度为0.7m,位移超标的时间为5年。这些结果可为高速铁路养护维修提供参考。