随着我国高速铁路发展战略的不断深入,部分线路不可避免采用了有砟轨道结构。因此针对高速循环动载荷作用下有砟轨道存在的诸多问题,开展相关的技术分析刻不容缓。离散单元法的引入有效地解决了传统使用连续介质方法在分析散体道砟颗粒时特有的缺陷。然而该方法应用于该方面问题研究时仍然存在瑕疵,主要方面之一是数值模型中道砟的形态特征难以通过数值的形式与实际建立紧密的联系,导致了数值分析结果没有细致入微。因此为了更加精确地对高速铁路有砟轨道问题进行模拟分析,如何使数值模型与实际情况建立紧密的联系成为本文的工作重点。为此,论文量化了特级道砟的形状,棱角和纹理特征。使用扁平细长率FER对道砟形状进行分析。为了更精确的表征棱角,提出了分离方法以分离颗粒图像中的棱角和纹理特征。在获得棱角图像和纹理图像的基础之上,修改了原先的棱角指标AI和提出了纹理指标TI。提取了特级道砟的FER,AI和TI值,并且研究了其统计分布。使用粗集料松装空隙率试验验证了所修改的棱角指标和提出的纹理指标的有效性。量化分析结果为在离散单元法中道砟颗粒的生成方法研究提供了实际道砟形态特征数值分布。论文引入摄影测量方法对道砟进行三维重构,并在颗粒流程序PFC中生成真实的道砟簇颗粒模型。基于此论文提出了一种关联实际道砟形态的离散元颗粒生成方法。该方法首先对道砟形态特征进行量化分析,以得到道砟的形态表征数值分布;然后,从特级道砟数据库样本中选择典型的道砟颗粒生成颗粒模板;最后,通过控制生成颗粒的体积分数,从而使数值模型中道砟颗粒达到指定的特级道砟形态表征数值分布各区间范围内的颗粒质量占比。该方法使得在离散元程序中生成的道砟形态特征以数值分布的形式关联实际,为高速铁路有砟轨道研究提供了一个很好的建模方案。为了使离散元数值模拟结果能够反映真实的力学行为,论文通过先前研究的试验结果,初步标定了离散元模型中道砟颗粒的细观接触力学参数。同时,论文设计了高速铁路道砟直剪试验装置并在离散元程序中建立了一个关联实际试验模型的高速铁路道砟直剪数值模型,通过数值模拟与实测结果的对比,进一步验证了道砟颗粒的细观接触力学参数。最后论文对高速铁路道砟直剪行为进行了细观力学分析,揭示了高速铁路道砟在直剪过程中的细观力学特性。