內容簡介
該書是有砟道床研究集大成者，凝聚了作者及其研究團隊10多年研究及國際先進有砟道床套用技術。該書系統深入介紹了有砟道床試驗、模型、理論與數值分析，對有砟道床理論進行了深刻剖析。同時該書還對有砟道床級配、土工格柵套用、檢測維修、環境保護進行了闡述，指導有砟道床新技術套用。該書對我國鐵路工務人員、科研院所研究及師生具有重要參考和實用價值。
作者簡介
布迪馬·因卓拉特納教授是國際知名的岩土工程研究員及顧問。畢業於倫敦大學帝國理工學院土木工程專業， 後於帝國理工學院獲得土力學碩士學位， 隨後獲得加拿大阿爾伯塔大學岩土工程博士學位。現任澳大利亞伍倫貢大學土木、礦業與環境工程學院教授及主任。2009 年獲上海理工大學土木工程專業榮譽教授。他對鐵路岩土工程、軟黏土工程、地基處理、環境岩土工程與岩土水力學等專業在交通基礎設施工程及大壩工程中的套用做出了傑出的貢獻。
在他的領導下， 伍倫貢大學岩土力學與鐵路工程中心已經發展成為一個在地基加固和運輸岩土力學方面的機構， 承擔著國家和國際研究及諮詢工作。
他多年的努力得到了國際認可。在其獲得的眾多獎項中， 尤為突出的是： 2009 年由澳大利亞岩土力學學會舉辦的EH Davis 紀念講座， 表彰其在岩土工程理論與實踐方面的突出貢獻， 同年， 由澳大利亞聯邦政府舉辦的商業高等教育圓桌會議授予其軌道創新獎。除本書外， 他還編著了4 本書， 在國際期刊和會議上發表350 余篇論文， 受邀進行全球主題演講30餘場。他的數篇作品已獲得加拿大岩土工程學會和瑞典岩土工程學會組織的國際岩土力學計算方法與發展協會頒發的傑出貢獻獎。
韋杜德·薩利姆博士是澳大利亞昆士蘭黃金海岸市政府環境與交通部高級岩土工程師。畢業於孟加拉工程技術大學， 於泰國亞洲理工學院獲得岩土工程碩士學位， 並獲得伍倫貢大學岩土工程博士學位。他是伍倫貢大學岩土力學與鐵路工程中心兼職研究員， 曾是悉尼鐵路公司的岩土工程師。他是一部關於軌道岩土工程書籍與多篇鐵路現代化領域的各種國際期刊和會議的技術論文的合著者。
喬拉查特·魯吉齊亞特卡門喬恩博士是伍倫貢大學土木工程高級講師。他畢業於泰國孔敬大學土木工程專業， 於泰國亞洲技術研究所獲得碩士學位。之後他在伍倫貢大學獲得了岩土工程博士學位。他的專業領域包括交通基礎設施地基加固和軟黏土工程。2009年， 他獲得了國際岩土力學計算方法與發展協會的論文獎。此外， 由於他在交通基礎設施軟土地基穩定方面的創新， 於2006 年獲伍倫貢開拓者獎。他在國際期刊和會議上發表了50 多篇文章。
圖書目錄
譯者序
序
前言
作者簡介
第1 章 緒論 1
1. 1 軌道下部結構性能 1
1. 1. 1 髒污 2
1. 1. 2 排水 2
1. 1. 3 路基失穩 4
1. 1. 4 道砟和軌枕劣化 4
1. 1. 5 橫向約束 5
1. 1. 6 荷載.變形 5
1. 2 碳足跡及其啟示 6
1. 3 研究領域 7
參考文獻 7
第2 章 軌道結構和鋼軌荷載 9
2. 1 軌道結構類型 9
2. 1. 1 有砟軌道 10
2. 1. 2 板式無砟軌道 10
2. 2 有砟軌道結構組成 11
2. 2. 1 鋼軌 11
2. 2. 2 扣件系統 12
2. 2. 3 軌枕 12
2. 2. 4 道砟層 12
2. 2. 5 底砟層 15
2. 2. 6 路基 16
2. 3 軌道承受荷載 16
2. 3. 1 垂向力 16
2. 3. 2 橫向力 20
2. 3. 3 縱向力 21
2. 3. 4 衝擊荷載 21
2. 4 荷載傳遞機理 23
2. 5 應力測定 25
2. 5. 1 Odemark 法 25
2. 5. 2 齊默曼法 25
2. 5. 3 梯形估算法（2 ∶ 1 法） 27
2. 5. 4 Arema 推薦方法 27
參考文獻 30
第3 章 道床性能的影響因素 32
3. 1 單體顆粒的物理性質 32
3. 1. 1 粒徑 32
3. 1. 2 道砟顆粒形狀 33
3. 1. 3 顆粒表面粗糙度 34
3. 1. 4 母岩強度 35
3. 1. 5 顆粒抗壓強度 35
3. 1. 6 耐磨和抗風化性能 35
3. 2 道砟的散體特性 36
3. 2. 1 粒徑分布 36
3. 2. 2 孔隙率（或密度） 38
3. 2. 3 含水量 38
3. 3 荷載特性 39
3. 3. 1 圍壓 39
3. 3. 2 荷載歷史 40
3. 3. 3 當前應力狀態 40
3. 3. 4 荷載循環次數 42
3. 3. 5 荷載頻率 43
3. 3. 6 荷載幅值 44
3. 4 道砟顆粒劣化 46
3. 4. 1 顆粒破碎量化 46
3. 4. 2 道砟破碎影響因素 47
3. 4. 3 主應力比對顆粒破碎的影響 47
3. 4. 4 圍壓對顆粒破碎的影響 48
參考文獻 51
第4 章 道砟室內試驗和道砟劣化評估的
研究現狀 54
4. 1 靜三軸試驗 54
4. 1. 1 大型三軸試驗儀 54
4. 1. 2 試驗道砟介紹 55
4. 1. 3 試樣製備 56
4. 1. 4 試驗過程 57
4. 2 道砟單體顆粒壓碎試驗 57
4. 3 動三軸試驗 58
4. 3. 1 稜柱體三軸試驗儀 58
4. 3. 2 試驗材料 59
目錄 Ⅸ
4. 3. 3 試驗材料準備 62
4. 3. 4 動三軸試驗 63
4. 4 衝擊試驗 64
4. 4. 1 落錘試驗機 64
4. 4. 2 測試儀器 65
4. 4. 3 試驗材料 65
4. 4. 4 試樣準備 67
4. 4. 5 衝擊試驗過程 67
參考文獻 68
第5 章 有無土工合成材料和減振墊的
有砟道床性能 70
5. 1 單調荷載作用下道床的力學回響 70
5. 1. 1 應力.應變特性 70
5. 1. 2 抗剪強度和剛度 74
5. 1. 3 三軸剪下試驗的顆粒破碎 76
5. 1. 4 道砟臨界狀態 78
5. 2 道砟單體破碎強度 79
5. 3 循環荷載作用下道砟的力學回響 80
5. 3. 1 沉降回響 80
5. 3. 2 應變特性 81
5. 3. 3 顆粒破裂 83
5. 4 重複載入下道砟的力學回響 85
5. 5 圍壓對道床性能影響 85
5. 6 能量吸收材料———減振墊 87
參考文獻 90
第6 章 現有軌道結構的變形模型 92
6. 1 道床的塑性變形模型 92
6. 2 其他塑性變形模型 94
6. 2. 1 臨界狀態模型 94
6. 2. 2 彈塑性本構模型 96
6. 2. 3 邊界麵塑性模型 100
6. 3 顆粒破碎模擬 102
參考文獻 104
第7 章 道砟本構模型 106
7. 1 顆粒破碎的模擬 106
7. 1. 1 計算道砟基本摩擦角.f 109
7. 1. 2 顆粒破碎對摩擦角的影響 109
7. 2 單調載入的本構建模 111
7. 2. 1 應力應變參數 111
7. 2. 2 增量式本構模型 112
7. 3 循環載入的本構建模 121
7. 3. 1 各向異性初始應力狀態下的
剪下 122
7. 3. 2 循環載入模型 123
7. 4 模型驗證與討論 126
7. 4. 1 數值方法 126
7. 4. 2 模型參數計算 126
7. 4. 3 單調載入模型預測 127
7. 4. 4 分析模型與有限元預測值的對比
分析 129
7. 4. 5 循環載入模型預測 130
參考文獻 133
第8 章 軌道排水和土工織物的套用 135
8. 1 排水 135
8. 1. 1 底砟排水 136
8. 1. 2 排水要求 136
8. 2 髒污指標 137
8. 2. 1 髒污指數和髒污百分比 137
8. 2. 2 孔隙髒污百分比 137
8. 2. 3 相對髒污率 138
8. 3 土工織物在軌道中的套用 139
8. 4 作為下部排水結構的豎向土工合成
材料排水管 142
8. 4. 1 試驗儀器和過程 142
8. 4. 2 試驗結果及分析 142
參考文獻 143
第9 章 底砟層的作用———排水和
過濾 145
9. 1 底砟層設計標準 145
9. 1. 1 過濾與透水標準 145
9. 1. 2 底砟選擇案例研究 147
9. 2 顆粒過濾的經驗研究 149
9. 2. 1 自然資源保護服務（NRCS）
方法 149
9. 2. 2 自過濾方法 151
9. 3 排水和過濾的數學公式 151
9. 3. 1 幾何機率模型 152
9. 3. 2 顆粒滲透模型 155
9. 4 收縮粒徑分布模型 155
9. 4. 1 過濾層壓實 155
9. 4. 2 過濾層厚度 156
9. 4. 3 占主導地位過濾層的收縮尺寸 157
9. 4. 4 控制過濾層的收縮尺寸 157
9. 4. 5 路基土參數的代表值 157
Ⅹ 高等軌道岩土工程———有砟道床（翻譯版）
9. 5 基於收縮標準的過濾有效性評估
標準 158
9. 5. 1 Dc95模型 158
9. 5. 2 Dc35模型 159
9. 6 設計準則的含義 159
9. 7 多孔介質穩定狀態下的滲流壓力 160
9. 7. 1 基於康采尼.卡曼方程理論的
發展 160
9. 7. 2 有效直徑公式 161
9. 8 循環荷載作用下底砟的過濾性能 162
9. 8. 1 室內模擬 162
9. 8. 2 循環荷載作用下底砟層的變形
特徵 165
9. 8. 3 循環荷載作用下底砟應變與
孔隙率關係 166
9. 8. 4 循環荷載作用下底砟的水力
滲流 169
9. 9 循環荷載作用下顆粒遷移的時變
地下水過濾模型 171
9. 9. 1 時變一維散體過濾層的壓縮 171
9. 9. 2 累積因子 173
9. 9. 3 細顆粒累積導致孔隙率降低的
數學描述 174
9. 9. 4 基於時間的水力傳導模型 175
參考文獻 176
第10 章 軌道性能驗證的現場試驗 181
10. 1 場地位置和軌道鋪設 181
10. 1. 1 實地勘測 181
10. 1. 2 軌道鋪設 182
10. 2 現場測試設備 184
10. 2. 1 壓力計 184
10. 2. 2 位移感測器 185
10. 2. 3 沉降樁 185
10. 2. 4 數據收集系統 186
10. 3 數據採集 186
10. 4 結果與討論 186
10. 4. 1 鋼軌下和軌枕邊緣的道床豎向
位移 187
10. 4. 2 道砟層的平均變形 187
10. 4. 3 道砟層的平均剪應變和平均
體積應變 190
10. 4. 4 道床內不同層間的原位應力 190
10. 4. 5 試驗結果與參考文獻比較 191
參考文獻 192
第11 章 道砟密實和破裂的離散
單元法建模 194
11. 1 離散單元法和PFC2D 194
11. 1. 1 計算法則 195
11. 1. 2 接觸本構模型 195
11. 2 顆粒破裂模擬 197
11. 3 基於PFC2D的道砟力學特性數值
模擬 198
11. 4 道砟破裂行為 203
11. 5 循環荷載作用下接觸力鏈的發展
機理 208
參考文獻 209
第12 章 軌道有限元模擬及套用
案例研究 213
12. 1 軌道下部結構中土工複合材料的
套用 213
12. 1. 1 有限元分析 215
12. 1. 2 現場測試與有限元預測結果
對比分析 217
12. 2 軌道下短預製豎向排水管的設計
過程 217
12. 2. 1 初步設計 218
12. 2. 2 現場試驗結果與數值分析預測
結果對比 219
參考文獻 220
第13 章 軌道的無損檢測和狀態
評估 222
13. 1 試驗室軌道模型 222
13. 1. 1 軌道模型 222
13. 1. 2 道床斷面準備 222
13. 2 GPR 方法 224
13. 2. 1 GPR 的理論背景 224
13. 2. 2 GPR 數據採集和處理 226
13. 2. 3 天線頻率的影響 227
13. 2. 4 雷達可探土工織物的影響 229
13. 2. 5 含水量的影響 230
13. 2. 6 利用介電常數確定道砟狀態 230
13. 3 表面波的多通道分析方法 231
13. 3. 1 表面波多通道分析法研究 232
13. 3. 2 清潔道床和髒污道床的剪下
特性 232
13. 3. 3 數據分析 233
參考文獻 235
第14 章 軌道維修 237
14. 1 軌道維修技術 237
14. 1. 1 搗固 237
14. 1. 2 吹砟 238
14. 1. 3 清篩和換砟 238
14. 2 寒冷地區軌道岩土工程和維修
技術 239
參考文獻 241
第15 章 推薦的道砟級配 243
15. 1 澳大利亞道砟級配 243
15. 2 國際鐵路道砟級配 244
15. 3 級配對道床沉降和道砟顆粒破碎
影響 245
15. 4 推薦的道砟級配 246
15. 5 結論 247
參考文獻 247
第16 章 維持軌道穩定的生物
工程學 249
16. 1 概述 249
16. 2 理論模型 249
16. 2. 1 土壤吸力 250
16. 2. 2 根系分布 250
16. 2. 3 潛在蒸騰 251
16. 3 根系吸水模型的驗證 252
16. 3. 1 案例1： Miram 村（澳大利亞
維多利亞州西部） 252
16. 3. 2 案例2： 英國米爾頓凱恩斯 254
參考文獻 256
附錄 257
附錄A 一階線性微分方程的偏導數
推導 257
附錄B 室內試驗結果確定的模型參數 258
B. 1 單調荷載模型 258
B. 2 循環載入模型 260
附錄C 軌道加固、現場檢測和儀器
指導 262
附錄D 岩土和軌道專用試驗設備 264
