本书为“高速铁路基础研究与技术创新丛书”之分册。本书内容基于作者所在课题组近年来使用离散单元法、有限差分法和车辆-轨道耦合动力学理论开展的道床宏细观力学行为模拟研究成果，以及高速铁路道砟集料试验和全尺寸道床模型试验研究成果。全书共7章，第1章绪论回顾了近年来散体道床理论与试验研究进展，论述离散单元法的基本原理，第2章论述了道床离散元建模方法及模型参数的标定，第3~5章分别论述高速铁路道床宏细观动态响应特性、高速铁路散体道床累积变形及道砟劣化形式和有砟轨道过渡段宏细观力学行为，第6章论述道床动力稳定过程中的力学行为与性能演变，第7章展望了道床力学行为分析与调控技术发展趋势。

本书为“高速铁路基础研究与技术创新丛书”之分册，按丛书要求，力图体现高速铁路散体道床力学行为理论研究和试验研究的制高点、前沿性、原创性特色。
有砟轨道以碎石道床为基础，具有弹性好、价格低廉、易排水、维修方便等优点，是普速铁路的主要轨道结构形式，在高速铁路中也有广泛的应用。但是，在列车荷载反复作用下，碎石道床的状态和性能很难长久保持，需要经常性进行养护维修，以确保铁路行车安全。特别是，近年来客车运行速度和货车轴重不断提升，散体道床的劣化速率明显加快，线路维护费用攀升，需要研究掌握更高速度、更大轴重运营条件下散体道床劣化机理和性能演变规律，为开发有砟轨道强化技术和养护维修技术提供理论支撑。
针对铁路高速化和重载化带来的道床劣化和累积变形问题，20世纪90年代以来国际上掀起了散体道床力学行为的研究热潮，很多新理论、新方法和新技术被引入道床质量状态和性能劣化研究之中。本书作者翟婉明院士于1991年在国际上首次提出车辆轨道耦合动力学模型，创建了基于锥体受载假设的道床动力学模型，较好解决了散体道床振动响应的数值模拟问题。21世纪以来，以无砟轨道结构为主的中国高速铁路发展迅猛，而高速铁路有砟轨道的研究基础十分薄弱，不能满足我国高速铁路发展需求。因此，2012年著者所在团队在国家基金委国铁集团高铁联合基金项目和国家“973”计划项目的资助下，运用颗粒材料力学理论、离散单元法和车辆轨道耦合动力学理论，开展了高速铁路散体道床宏细观力学行为的数值模拟分析，同时还进行了道砟颗粒试验、道砟集料试验、全尺寸有砟轨道模型试验和现场动力学试验研究，为深入认识高速铁路散体道床力学行为、劣化机理和累积变形规律提供了新见解，为发展散体道床设计、施工与维护技术提供了新的理论依据。
本书内容基于国家基金委国铁集团高铁联合基金项目（U1234209）、国家“973”计划课题（2013CB036205）、国家自然科学基金面上项目（51578469）、高等学校学科创新引智基地项目（B16041）、国家自然科学基金重大项目课题（11790283）、中国铁建高新装备股份有限公司技术开发课题（CRCCETEC20190052）、大秦铁路股份有限公司重载技术升级专项计划课题(A2019G05)和牵引动力国家重点实验室自主研究课题（2015TPLT12）的研究成果。本书共分为7章，第1章绪论论述有砟道床的功能与质量状态参数和离散单元法基本原理，介绍近年来散体道床的理论和试验研究进展；第2~6章分别论述道床离散元建模及其参数标定方法、高速铁路散体道床宏细观动态响应、高速铁路道床累积变形和道砟劣化形式、有砟轨道过渡段的宏细观力学行为和道床动力稳定过程中的力学行为与性能演变；zui后，第7章展望了有砟道床力学行为分析与调控技术发展趋势。全书由赵春发和翟婉明规划，赵春发著述第1、2、5、6章，翟婉明和张徐著述第3、4、7章。zui后由赵春发和翟婉明对全书进行统稿、定稿，井国庆主审。
研究工作得到了大连理工大学季顺迎教授、大连交通大学严颖教授和西南交通大学王海波副教授的支持，中国铁建高新装备股份有限公司和朔黄铁路发展有限责任公司为本书试验研究提供了支持，在此一并表示感谢！感谢美国University of Illinois at UrbanaChampaign土工与环境工程系Erol Tutumluer教授、澳大利亚University of Technology Sydney交通研究中心Buddhima Indraratna教授、美国University of South Carolina土工与环境工程系钱于博士、北京交通大学井国庆教授、荷兰Delft University of Technology郭云龙博士在有砟道床力学行为研究方面的交流与讨论！zui后，感谢著者研究团队研究生石灿、方骏、冯洋和张磊在本书数值分析与试验研究中的辛勤付出！
限于作者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。
著者
2022年2月

第1章绪论1.1道床功能与质量状态参数1.2国内外道床理论与试验研究现状1.2.1道床宏观力学行为研究1.2.2道床细观力学行为研究1.2.3道床强化技术研究1.3离散单元法基本原理与方法1.3.1基本思想与计算原理1.3.2颗粒接触与黏结模型1.3.不规则颗粒的模拟方法第2章道床离散元建模及参数标定2.1道砟几何形态获取与重构2.1.1二维几何形态2.1.2三维几何形态2.2道砟颗粒离散元模拟2.3道床离散元建模2.4扣件及钢轨的离散元模拟2.5道床离散元模型参数标定2.5.1道砟黏结颗粒模型参数标定2.5.2道砟颗粒接触参数标定第3章高速列车荷载作用下道床的宏细观动态响应3.1列车动荷载模拟方法3.2道床力学行为的二维离散元模拟3.2.1道砟接触力与颗粒应力3.2.2道砟颗粒运动的空间分布3.2.3道砟颗粒振动响应特征733.3道床力学行为的三维离散元模拟3.3.1道砟接触力和道床应力的

赵春发，1973年1月生，湖北仙桃人，工学博士，西南交通大学牵引动力国家重点实验室研究员，教育部新世纪优秀人才，四川省学术与技术带头人。1995年获武汉水利电力大学（现武汉大学）学士学位，1998年和2002年分别获西南交通大学硕士和博士学位，主要从事磁浮车轨桥耦合系统动力学和铁路道床力学行为研究，发表学术论文90余篇，研究成果在世界上首条高速磁浮商业线、中国首条中低速磁浮快线工程建设与运营以及磁浮列车研制中得到应用，曾获国家科技进步一等奖1项（排名8）、茅以升铁道科技奖、霍英东青年教师奖和全国百篇优博论文提名奖。,翟婉明，1963年8月生，江苏靖江人，博士，教授，中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士。西南交通大学首席教授、交通运输学部主任、校学术委员会主席，国家有突出贡献的中青年专家，兼任国务院学位委员会交通运输工程学科评议组召集人、中国力学学会副理事长、中国振动工程学会副理事长、四川省科协副主席、国际车辆系统动力学协会（IAVSD）执委、《InternationalJournalofRailTransportation》（英国）主编、《RailwayEngineeringScience》主编