本文的研究工作是在我国高速铁路有砟轨道处于建设初期且混凝土轨枕耐久性研究仍有所欠缺的背景下而展开的。在对混凝土轨枕伤损进行分析的基础上,结合III型轨枕的结构构造、工作环境等特点,探讨轨枕关键局部结构在多种因素共同作用下的劣化机理与规律,旨在为我国高速铁路有砟轨道耐久性设计提供依据。主要研究内容如下:(1)将细观力学方法引入混凝土轨枕研究中,建立适用于轨枕混凝土的三维随机骨料细观模型,并在现有随机骨料模型建模方法的基础上,提出了一种新的骨料形状控制方法。(2)基于氯离子扩散机理与理论,采用随机骨料模型对轨枕氯离子扩散行为进行模拟,进而探讨不同条件下轨枕混凝土氯离子扩散规律,并对数值模拟的结果进行回归分析,确定了螺旋道钉附近氯离子浓度与边界氯离子浓度、侵蚀时间、混凝土内部缺陷之间的函数关系。(3)结合钢材锈蚀膨胀基本理论,推导出螺旋道钉锈蚀量预测模型,进而给出螺旋道钉的锈胀模式与锈蚀分布;从细观角度出发,应用代表性体积单元法,建立螺旋道钉抗拔力细观力学模型,进而研究螺旋道钉锚固强度的影响因素,最终给出了螺旋道钉锚固强度与边界氯离子浓度、混凝土内部缺陷间的函数关系。(4)应用可靠度理论,针对轨枕结构功能性破坏问题,分析计算了影响螺旋道钉锚固可靠度的作用效应与结构抗力的因素,并计算了轨枕关键局部结构的功能性可靠度。