随着高速铁路的不断发展,铁路道床的动力特性研究对列车安全意义重大,针对铁路有碴道床中包含轨枕、道碴、路基等多种组合成分的结构特点,本文建立铁路轨道中散体材料与连续体结构相互作用的离散元-有限元耦合数值算法用以分析铁路道床的动力特性。离散单元法(DEM)在模拟散体材料中具有独特的优势,可以合理分析材料的细观特征,然而计算效率较低;有限单元法(FEM)是模拟连续体结构最有效的数值算法之一,并且在计算效率上具有很大的优势。因此,为充分发挥两种算法的优势,采用离散元模拟散体道碴,同时为构造更加真实的道碴形态,采用基于球形颗粒的镶嵌单元模拟道碴颗粒;采用弹塑性有限元模拟连续体结构,建立铁路结构中道碴与连续体结构相互作用的离散元-有限元耦合模型。在两种算法面内耦合过程中,通过能量守恒实现离散元域接触力到有限元等效节点荷载的传递,同时求解得到有限元网格变形作为离散元边界条件参与离散元计算,从而完成离散元-有限元面内耦合过程;在离散元-有限元重叠区域内,通过牛顿迭代求得耦合域内离散单元局部坐标,从而将离散单元合力传递到有限元域作为力边界参与计算,同时根据位移连续条件,耦合域内离散单元与有限单元运动保持一致,从而确定离散元位置,传入离散元域参与计算,实现离散元-有限元域内耦合过程。针对有碴-无碴过渡段两侧的结构差异,基于离散元-有限元耦合算法建立三种不同处理方式的数值模型,分析列车循环荷载下过渡段的动力学机理。结果表明:通过道碴嵌入无碴道床和道床嵌入道碴颗粒的方式能够提高有碴道床稳定性,有效降低过渡段两侧刚度差,从而降低沉降差。基于离散元-有限元域内耦合算法建立道碴-路基相互作用的铁路有碴道床数值模型,在耦合域内通过道碴-路基本构模型确定离散单元运动,并考虑道碴引起的路基塑性变形,分析列车荷载下道床的细观力学特征。结果表明:道碴可以将荷载分散传递至路基,有效提高道床稳定性,同时塑性变形发生在路基上层,确保整体路基承载能力。同时结果验证了考虑道碴-路基相互作用的离散元-有限元域内耦合模型的可靠性。