随着近些年来高速铁路的车速、轴重和运力密度的不断攀升,有砟道床在长期列车荷载作用下产生了显著的劣化并导致过量的累积变形,并最终造成了服役性能的降低、威胁行车安全。因此研究长期列车荷载作用下有砟道床的劣化演变机理及其控制措施,对防止有砟轨道产生过量变形、提高长期服役性能有着重要的意义。本文结合了物理试验与离散单元法两种研究方法,通过有砟轨道全比尺物理模型试验,分析了长期列车荷载作用下有砟道床散粒体材料的劣化机理、内部动力响应演变规律、有砟道床颗粒累积迁移规律和长期累积塑性变形;通过大三轴试验和离散单元法进行了土工格栅加固道砟的机理分析。得到了如下主要结论:（1）基于ZJU-i HSRT试验装置在实验室内搭建了一个包含八根轨枕的全比尺有砟轨道物理模型,结合有砟轨道垂向耦合动力学模型和时序加载系统实现了真实列车荷载在全比尺有砟轨道上的还原。新建有砟道床的塑性累积变形主要产生于道砟层的压实作用,“Smart Rock”传感器在试验中能够可靠地捕获到有砟道床颗粒尺度的振动与旋转等颗粒运动信息。（2）通过粒径筛分试验和计算机辅助道砟三维形态分析系统分析了轨枕下方道砟颗粒的劣化演变过程,发现长期列车荷载使得道砟颗粒的总体形状层级变得紧凑,大粒径和特定形状层级的道砟颗粒更容易产生劣化,轨枕下方中间区域由于受到更强的约束作用导致颗粒劣化也更为严重。根据激光位移传感器记录的轨枕的动静位移,发现在经历了总计50万车次的长期列车荷载作用后轨枕下方道床的支撑刚度增大了一倍以上,同时道床弹性增强且塑性累积变形几乎不再发展。（3）基于有砟道床内部埋设和安装的土压力、振动速度、“Smart Rock”等有砟道床监测系统,发现车速的增大均会显著提高道床内部不同位置的振动响应、颗粒运动强度和道床的弹性变形。长期的列车荷载的压实作用、颗粒破碎和颗粒运动造成颗粒空隙的填充使得道床密实,导致道床内部应力和振动得到更好的传递和消散;列车车速提高对有砟道床动力响应的放大效应显著降低,但动力响应与车速之间的线性关系得到了增强。（4）建立了有砟道床颗粒迁移分析系统,验证了该系统的有效性并达到0.1 mm的较高分析精度。揭示了长期列车荷载作用下道床表层不同区域的道砟颗粒的累积迁移规律:肩部斜坡位置的道砟颗粒由于缺乏有效的侧向约束,产生了剧烈的远离轨枕方向的侧向迁移;肋间道砟由于受到轨枕较强的接触作用发生了明显的沿列车行进方向的纵向迁移;而肩部水平位置的道砟颗粒由于受到较少的轨枕接触而产生了较小的累积迁移。（5）在列车长期荷载作用下有砟道床的累积沉降展现了和支撑静刚度、道砟颗粒破碎指数（BBI）和表层颗粒累积迁移有着相同的发展趋势:在车速提高时加速发展,随着加载车次的增加而逐渐稳定,并且随着轴重的增加而再次发展。试验中50%以上的有砟道床累积沉降是由道砟层的变形引起的,车速的提高导致了剧烈的颗粒运动与重排作用,加速了有砟道床累积变形的发展;轴重的提高会显著提高道床内部动应力,造成更多的颗粒破碎,最后导致了更大的累积沉降。（6）开展了大直径静力三轴单元体试验获得了在不同围压和压实程度下道砟材料的强度和变形特性,发现采用土工格栅可以有效约束道砟试样的径向变形,从而显著提高道砟试样所能承受的偏应力。试验中围压越高土工格栅对试样的环向应变的限制作用发挥的越晚且效果越不显著,在较高围压和压实度条件下土工格栅肋条几乎全部破裂而丧失加固作用,因此应避免出现土工格栅直接布置于有砟道床表层的情况。（7）结合道砟三维形态分析系统得到的凝灰岩形态特征和离散元多球体单元,在离散元中实现了真实道砟形状的表征;建立了基于粘结键的三维土工格栅和乳胶膜离散元模型,分别实现了对土工格栅张拉特性和三轴侧向围压的准确模拟。道砟试样轴向应变发展过程中上部颗粒产生了最大的轴向位移量,而中部位置的道砟颗粒发生了明显的径向位移。增大围压可以增强颗粒间接触结构和试样的整体性,使得道砟颗粒难以发生相对运动;提高初始密实程度可以减少道砟试样的孔隙率和材料组构各向异性,使得更早地形成有效的轴向力链结构网络,从而提高道砟试样所能承受的偏应力。采用土工格栅可以明显约束道砟颗粒的径向运动,从而形成更强的力链结构网络和承载能力。较低围压和压实度情况下土工格栅对道砟试样的加固效果更明显,而提高围压和压实程度会显著提高土工格栅所受的拉伸应力,使得土工格栅更早产生破裂。