有砟道床是承载轨排、保持轨道结构稳定性的主要载体。随着铁路无缝线路技术的发展与应用,与线路稳定、钢轨爬行状态、轨条布置方案和桥上无缝线路设计密切相关的道床阻力取值及分布规律一直是各国铁路科研工作者研究的重点和热点问题。然而,受多样性及周期性荷载形式、动力性活载作用及特殊环境条件等因素的影响,散粒体道床的纵向承载及传力机制表现得异常复杂,道床阻力分布呈现出离散、随机和强非线性特征。研究散粒体道床在动态服役过程的纵横向阻力特性及演变机制,成为深入理解有砟轨道动态行为与稳定机制及无缝线路受力变形机理的基础。因此,本文围绕散体道床阻力演变机制及其对无缝线路的影响,就以下几个方面开展了试验研究和理论分析。1.道床阻力非线性宏观表征及动态演变行为试验模拟结合有砟轨道结构特点和受力特性,分析了道床阻力的强化、弱化、退化等宏观力学特征及产生机理;研制了道床动态阻力测试系统,可用于分析不同荷载条件下散粒体道床阻力-位移曲线特征及其演变特性。2.轨排非线性阻力及无缝化影响基于无缝线路伸缩区、道岔区、桥梁无缝线路范围内的轨排与碎石道床的纵向传力特性,获得了轨排对散粒体道床非线性纵向阻力的影响规律;提出一种基于轨枕绝对位移及枕梁相对位移构建轨排的迭代算法,将轨排引入到梁轨相互分析模型中,发现轨排阻力会缓解伸缩工况及挠曲工况下的梁轨相互作用,引起钢轨伸缩力、挠曲力的降低,现有桥上无缝线路梁轨相互作用分析中道床的纵向传力性能偏保守。利用有砟道床轨排模型,采用等位移增量的重复加卸载试验,分析了重复加卸载下道床阻力-位移关系曲线特征,发现重复加卸载作用下残余塑性变形的累积会影响道床的传力能力,即同等位移条件下的道床纵向承载能力增加。在试验基础上,仿真分析了坡道上列车重复加卸载下无缝道岔受力变形规律,结果表明重复荷载作用下钢轨爬行现象明显。3.循环往复荷载下道床变形特征利用道床动态阻力测试系统,获得了循环往复荷载下道床阻力-位移滞回曲线,分析了其形态特征及各特征参数的变化规律,给出了动态往复荷载下有砟道床阻力性能的演化规律。研究结果可知,散粒体道床在周期性荷载下的卸载曲线与加载曲线不重合,形成一条闭合的滞回曲线,存在明显的耗能现象;道床变形特征和滞回曲线的形态特征非理想状态,道床的弹性、塑性及能量耗散能力等各参数受循环位移幅值、加载速率等影响;有砟道床受到持续动态往复扰动后,道床纵横向阻力表现出退化特性,且退化特征与循环扰动位移幅值密切相关。4.桥梁特殊地段道床阻力演化特征及影响针对桥梁特殊地段有砟道床无缝线路,研究了温度循环荷载、列车低频振动荷载下的道床阻力变化特征,发现道床堆积体的“液化”流动是引起道床阻力性能衰减的主要诱因之一,且会导致轨道结构承载力不足、轨面几何状态劣化等病害。提出了桥上道床阻力区域分布特征,发现道床阻力退化效应会使得按现有规范计算得到的梁轨相互作用结果偏大。分析了大跨柔性钢桥上有砟道床稳定性劣变规律及道砟迁移和流变行为,建议对桥上有砟道床采取结构强化措施,以提高道床结构适应性和稳定性。5.低温冰冻环境下有砟道床阻力特性搭建了有砟道床低温环境试验室,分析了不同温度条件、不同冰冻状态下的道床纵、横向阻力性能,获得了不同环境下有砟道床阻力变化规律。研究发现,低温环境下颗粒物理参数的变化会使道床阻力性能产生衰减;列车动荷载会破坏低温冰冻下颗粒接触面的粘结状态,由于温度较低,颗粒表面依然覆盖着一层冰膜,弱化道砟的摩擦自锁行为,导致道床传力性能的退化,是一种不稳定的承载状态。研究成果为高寒环境下有砟轨道无缝线路设计参数的取值提供了试验数据支撑。