我国正处于高速铁路快速发展的重要历史时期,从2008年开通第一条京津城际高速铁路以来,高速铁路总里程己超过2.9万公里。由于无砟轨道具有刚度均匀性好、轨道稳定性高、结构耐久性强、维修工作量少等突出优点,在我国新建的高速铁路线路上被广泛采用。运营实践发现,在列车循环荷载与降雨渗水等工程因素的长期作用影响下,无砟轨道混凝土底座板与路基基床表层的接触位置产生了部分病害,典型的有底座板下接触脱空,以及底座板板边翻浆冒泥等。这些病害的产生增加了养护维修的工作量,若不及时处理,还会诱发其他类型病害,严重时还会影响行车安全。因此,开展路基基床表层与无砟轨道底座板之间的接触机理研究,对确保高速铁路长期稳定、安全运营具有重要的理论意义。论文针对路基基床表层级配碎石的动力响应以及级配碎石与轨道结构的接触问题开展研究;采用有限元方法与离散元方法建立仿真模型,通过数值模拟的方法对基床表层级配碎石的动力响应与接触特性进行了宏观与细观的分析。本文主要内容如下:1.建立车辆-轨道-路基有限元耦合动力模型,计算分析路基基床表层在高速列车荷载作用下的动力响应,并将计算结果与现场实测数据进行对比,验证模型的正确性。计算得到了路基附加动应力分布规律与传播规律,并分析了路基土体的能量吸收机制。2.在有限元模型计算结果的基础上,参考路基基床表层最大附加动应力位置,设置无砟轨道混凝土底座板与路基基床表层间的接触劣化区域,以路基附加动应力为衡量标准,计算分析了非接触区域的劣化扩展规律。结果表明,路基表面接触劣化区域以矩形形状扩展时,其长宽比在2-3之间。3.建立了轨道结构-路基基床表层的离散元-有限差分耦合模型,并将有限元方法计算得出的列车荷载拟合成简谐脉冲荷载添加至离散元-有限差分耦合模型中,通过相关文献的实测数据值来验证模型的正确性。计算得到了基床表层级配碎石的受力、位移、速度、加速度等动力响应的分布与变化规律。4.在离散元-有限差分耦合模型的计算结果基础上,主要参考路基基床表层加速度分布规律,得出基床表层颗粒扰动较大位置,在混凝土底座板边缘设置沥青混凝土保护层的裂缝,计算分析不同裂缝宽度对级配碎石动力响应的影响。图123幅,表9个,参考文献64篇。