有砟铁路是铁路系统的主要结构式,由于其适应性强、建设成本低的特点在世界各国的普速、重载、高速铁路中得到了广泛应用。道床横向阻力是保持有砟无缝线路轨道几何形位、维持列车平稳安全运行的必要条件,主要受到钢轨温度、扣件、轨枕、有砟道床参数及养护维修的影响。然而随着铁路系统向高速化、重载化发展,轨道系统对有砟轨道的横向稳定性提出了更高的要求,采用传统条形轨枕可能存在道床横向阻力不足的问题。此外由于有砟道床的离散特点,采用有限元方法进行细观分析与研究不能良好的反应道砟颗粒的接触状态与接触力的传递,导致有昨道床-轨枕相互作用的研究相对匮乏。本文针对潜在道床横向阻力不足的问题以及当前研究的不足,在综合分析了国内外有砟轨道道床横向阻力的研究及强化措施上,对我国Ⅲc型混凝土进行优化,形成了三种翼型轨枕,三种摩擦型轨枕,同时全新铺设8m实尺道床模型,采用单根轨枕道床横向阻力试验对Ⅲc型混凝土及优化轨枕的道床横向阻力进行了研究,并测试了双块式轨枕与梯形轨枕的道床横向阻力;此外基于离散单元法及三维扫描建立了三维有砟道床-轨枕模型,对道床横向阻力的细观特性进行了分析和探讨。本文的主要工作和成果如下:1、通过实尺模型试验研究了条形混凝土轨枕有砟道床横向阻力特性实际线路通常采用增加砟肩宽度与砟肩堆高等方法以增强道床横向阻力,而国内外关于道床横向阻力随砟肩宽度及砟肩堆高的变化的试验及对比相对匮乏,多采用有限元法进行数值模拟进行分析。本文针对以上不足,本文全新铺设了8m有砟道床-轨枕实尺模型,测试了道床砟肩尺寸、轨枕长度对于条形轨枕道床横向阻力的影响。2、对Ⅲc型轨枕进行了外形优化,进行了道床横向阻力试验研究道床横向阻力是道砟颗粒抵抗轨枕横向移动的作用力,主要可分枕底阻力、枕侧阻力(枕心阻力)、枕端阻力。为增大道砟抵抗轨枕移动的横向剪切作用,对Ⅲc型轨枕侧面或底部增设凸块、形成了三种翼式轨枕;为增大道砟与轨枕底部的相互摩擦作用,对轨枕底部增设摩擦形小块或条纹,形成了三种摩擦型轨枕。基于单根轨枕道床横向阻力试验,测试了各型翼式轨枕、各型摩擦型轨枕的道床横向阻力,并与Ⅲc型轨枕进行对比分析。3、测试了双块式轨枕、梯形轨枕的道床横向阻力双块式轨枕、梯形轨枕不同于传统条型轨枕结构,由两混凝土块和型钢构成,铺设于有砟道床时轨枕横向作用机理与条型轨枕不同。本文开展了双块式轨枕与梯形轨枕的实尺模型道床横向阻力试验,并进行了双块式轨枕与Ⅲc型轨枕的横向阻力对比分析,研究了梯形轨枕的阻力分担特性。4、开发了一种离散元道砟集合体快速建模方法有砟道床是碎石颗粒的集合体,离散单元法相较于有限元法能更好的反应有碎道床碎石颗粒的接触与咬合状态,但随着对道砟颗粒的模拟精度的提升,模型尺寸的大型化,采用已有建模方法如落雨法、半径扩大法建立具有高精度三维有砟道床模型具有耗时过长、孔隙率不可控、级配不连续等缺点。考虑以上不足本文基于三维扫描采用离散元软件PFC3D,开发了一种以颗粒替换、应力放散结合的建模方法,可快速建立道砟集合体模型,孔隙率可控,级配连续。5、建立了各型轨枕的三维轨枕-道床模型,研究了各型轨枕的道床横向阻力细观特性道床横向阻力的研究多侧重于道床阻力-轨枕位移的宏观数值分析,对于轨枕-道床的接触数量、大小、分布以及轨枕横向移动时的道床内部接触力键分布等细观特性研究相对匮乏,本文建立了三维轨枕-道床模型,研究了Ⅲc型轨枕、各型翼式轨枕、各型摩擦型轨枕、双块式轨枕及梯形轨枕横向位移时的轨枕-道砟接触状态及道床内部道砟颗粒的力键分布特性。本文包含图89幅,表34个,参考文献108篇。