轨枕与道床界面是双块式无砟轨道薄弱环节之一。列车荷载、温度、水等因素作用下界面极易开裂从而严重降低轨道结构的整体性,进而加速轨道结构破坏和影响行车的舒适与安全。轨枕与道床界面受力状态复杂,出现了枕角裂纹、界面裂缝、枕边纵向裂纹、脱粘、轨枕松动、轨枕空吊、枕周裂纹和界面区被严重冲刷等不同状态。由于轨枕与道床具有5个连接面,造成了现有检测与监测技术难以反映其界面损伤特征。故有必要发展新的监测与检测手段来研究双块式无砟轨道的新老混凝土界面状态特征和演变规律以指导科学养路。本文主要研究内容与结论如下:首先,本文针对健康状况、局部界面裂缝、部分脱粘、完全脱粘及无接触等界面状态设计了轨枕与道床复合试件。提出了一种基于压电陶瓷的轨枕与道床界面损伤识别方法,通过主动感知穿越界面的应力波或由界面反射的应力波以反映界面状态。布置压电陶瓷片于轨枕与道床界面的两侧或同侧形成压电陶瓷片对,用作驱动器和传感器。测试了切变型和厚度型两类压电陶瓷片在不同频率、不同输入电压下的响应,开展了基于正弦激励和扫频激励的5种界面状态的损伤识别试验。其次,通过时域、频域和时频域分析5种工况下的信号差异,提取了能够反映损伤的特征指标。结果表明:厚度型压电陶瓷片能够在更宽的频段内获取幅值明显的响应信号,响应信号幅值与频率相关;响应信号的一次特征指标随输入电压呈线性变化;单独正弦激励下和扫频激励下响应信号的特征指标数值能够反映应力波回波和透射波衰减程度的变化;局部裂缝存在导致响应信号出现了与裂缝相关的频率成分和额外的回波,从而造成指标数值变化(或增或减)和时域波包、频谱和能量谱改变;脱粘后透射的应力波严重衰减,反射的应力波明显增强。最后,针对现有结构提出了能够实现对5个界面的损伤识别的厚度型压电陶瓷片布置方案;建立了轨枕与道床有限元模型,通过采用点位移代替机电耦合作用研究了基于应力波的脱粘损伤识别原理,通过波速验证了模型,明确了界面脱粘程度与接收信号间的映射关系。结果表明:垂向加窗激励下,利用瑞利波和剪切波能够实现界面脱粘损伤程度的识别;侧面脱粘区导致应力波反射及绕射,使穿过界面区的瑞利波和剪切波幅值减小;轨枕底部脱粘区会产生沿脱粘边界的瑞利波和回波,使轨枕表面瑞利波幅值减小,使轨枕表面获取的底部回波幅值增加。