第1章 概述 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外高速铁路无砟轨道应用现状 3
1.2.1 国外高速铁路无砟轨道的应用现状 3
1.2.2 我国高速铁路无砟轨道应用状况 5
1.3 无砟轨道的伤损现状调研 9
1.3.1 板式无砟轨道 9
1.3.2 双块式无砟轨道 13
1.4 计算流体力学及流固耦合研究现状 16
1.4.1 计算流体力学的发展及研究现状 16
1.4.2 流固耦合研究现状 18
1.5 水环境下混凝土伤损研究 20
1.5.1 混凝土中空隙水压力 21
1.5.2 水对混凝土强度的影响 21
1.5.3 水对混凝土断裂性能的影响 23
1.6 冲蚀磨损研究进展 25
1.6.1 液两相流研究现状 25
1.6.2 冲蚀磨损研究现状 26
1.7 本课题研究主要内容和研究思路 28
1.7.1 本课题研究的主要内容 28
1.7.2 研究的技术路线 30
第2章 无砟轨道裂纹水流特性计算模型及方法 31
2.1 无砟轨道裂纹水流特性计算模型 31
2.1.1 模型简化要点 32
2.1.2 计算模型 33
2.2 模型中的流体、固体及流固耦合理论 35
2.2.1 流体理论 35
2.2.2 边界条件 41
2.2.3 结构运动方程 42
2.3 计算方法 43
2.3.1 ANSYS-CFX简介 44
2.3.2 构建瞬态耦合分析系统 44
2.3.3 网格划分及网格检验 45
2.3.4 标记界面条件 48
2.3.5 ANSYS-CFX数据传递方式 49
2.3.6 求解 52
2.4 计算参数 53
2.4.1 结构参数 53
2.4.2 荷载参数 54
2.4.3 方法参数 56
本章小结 57
第3章 模型试验研究与计算方法验证 58
3.1 裂纹动水压模型试验概况 58
3.1.1 试验模型 58
3.1.2 试验设备 61
3.1.3 测点布置 63
3.1.4 试验步骤 64
3.2 试验结果与分析 66
3.2.1 试验工况 66
3.2.2 裂纹内不同位置点水压力 67
3.2.3 裂纹形态对水压力的影响 71
3.2.4 加载频率对裂纹水压力的影响 75
3.2.5 荷载幅值对裂纹内水压力的影响 79
3.3 试验模型中裂纹水压力的理论计算 83
3.3.1 裂纹内第1、3、5测点水压力实程曲线 83
3.3.2 裂纹宽度对水压力的影响 87
3.3.3 加载频率影响 89
3.3.4 加载幅值影响 91
本章小结 95
第4章 无砟轨道裂纹内水压力特性计算分析 97
4.1 计算工况 97
4.1.1 计算点布置 97
4.1.2 计算工况 103
4.2 无砟轨道裂纹内水压力分布特性 106
4.2.1 典型工况的分析 106
4.2.2 沿裂纹宽度（Z）方向水压分布特性 107
4.2.3 沿裂纹深度（X）方向水压分布特性 108
4.3 裂纹开口量的影响 110
4.4 裂纹形态的影响 111
4.4.1 裂纹宽度（W）影响 111
4.4.2 裂纹深度（L）影响 112
4.5 列车速度的影响 113
本章小结 114
第5章 列车荷载与水耦合作用下裂纹稳定性分析 116
5.1 水压力作用下裂纹尖端应力强度因子计算方法 116
5.1.1 计算简化要点 116
5.1.2 裂纹强度因子理论分析 117
5.1.3 水压力作用下裂纹尖端强度因子计算实现 123
5.1.4 计算参数 126
5.2 CA砂浆与底座板黏结断裂韧度的试验测定 126
5.2.1 试验概况 127
5.2.2 实验结果 128
5.2.3 砂浆与底座板黏结断裂韧度 129
5.3 裂纹稳定性分析 129
5.3.1 裂纹开口量的影响 130
5.3.2 裂纹宽度的影响 131
5.3.3 裂纹深度的影响 133
5.3.4 列车速度的影响 135
5.4 裂纹修补技术标准 136
5.4.1 规范中裂纹开口量限值 136
5.4.2 裂纹修补技术标准 137
本章小结 142
第6章 裂纹内水流速度及冲蚀磨损机理分析 144
6.1 列车荷载-水耦合作用下裂纹内动水流速特性分析 144
6.1.1 裂纹水流速变化特性 144
6.1.2 裂纹形态的影响 147
6.1.3 裂纹开口量的影响 150
6.1.4 列车速度的影响 151
6.1.5 裂纹冲蚀磨损过程分析 152
6.2 无砟轨道裂纹内水冲蚀磨损计算模型及方法 155
6.2.1 计算模型 155
6.2.2 模型中颗粒运动及冲蚀磨损理论 157
6.2.3 计算方法 160
6.2.4 计算参数 163
6.3 裂纹冲蚀磨损影响因素分析 164
6.3.1 颗粒运行轨迹 164
6.3.2 水流速度影响 168
6.3.3 裂纹开口量的影响 169
6.3.4 粒径尺寸的影响 170
本章小结 171
结论与展望 172
本文的主要工作及结论 172
有待进一步研究的问题 174
致谢 175
参考文献 177
攻读博士期间发表论文 188