有砟轨道结构因建设成本低,周期短,养护维护方便快捷,减振排水性能强等优点被广泛应用于我国普通客货线路、重载铁路和部分高速铁路中。但有砟轨道结构中最常见问题之一就是在线路运量（荷载循环次数）不断增加下,道砟逐渐发生劣化现象。由于道砟发生边角破碎、粉化破碎、整体劈裂,使得车轮与铁路轨道之间的动力荷载大幅增加,最终造成轨道结构差异性沉降和轨道不平顺,严重影响列车运行的安全性及舒适性。基于上述存在的问题,本文采用室内试验与模拟仿真相结合的方式,针对铁路碎石道砟颗粒的破碎规律展开研究,具体研究内容及成果如下:（1）基于自主设计的单颗道砟压缩剪切一体化试验装置,开展铁路玄武岩道砟的单颗静态压缩试验和剪切试验,分析道砟颗粒破碎形态,并统计方体、常规、针状、片状道砟颗粒在不同粒径级配下的破碎强度变化,采用正态分布模型以及威布尔分布模型来表征颗粒破碎强度的分布规律,并为道砟颗粒破碎参数的标定提供试验参考依据。（2）基于离散元方法对可破碎道砟颗粒的精细化建模方式进行探讨,建立单颗道砟静态压缩及剪切破碎数值仿真,通过与室内试验进行对比,研究基于网格划分下可破碎道砟颗粒建模方式的合理性。（3）采用Box-Behnken试验设计方法,结合玄武岩道砟常规、针状、片状三种不同形态,进行临界压缩破碎强度、临界剪切破碎强度、法向刚度和切向刚度影响下的单颗道砟破碎仿真模拟设计,并对仿真试验结果进行回归分析,获取离散元道砟破碎参数的响应曲面;以压缩破碎强度和剪切破碎强度的目标试验结果为目标进行参数优选,最后采用直剪试验验证了并优选参数的正确性。（4）基于单颗粒精细化建模方式和获得的破碎参数,建立铁路碎石道床单枕仿真模型,研究了列车荷载作用下碎石道床状态的变化特性,并探索列车荷载作用对碎石道床颗粒劣化的影响,为高铁有砟轨道设计、施工、运营状态评估及养护维修提供科学依据。