有砟轨道被世界各国广泛应用于铁路中,据研究大部分有砟轨道病害与道床有直接关系。道床是承载上部结构、保持轨道稳定的主要载体,其宏观整体特性如道床纵横向阻力、道床刚度及养护维修等一直是国内外学者研究的重点。但在长期服役过程中,道砟颗粒间相互作用会直接影响道床的整体性能,甚至由于道砟单体颗粒劣化导致道床病害,进而影响线路安全运行。因此道砟单体颗粒物理特性的影响不可忽视,但在此方面的研究相对匮乏。鉴于此,本文对道砟单体形状、密度和粗糙度的影响进行了分析。此外,新型道砟是针对道砟颗粒劣化而出现的组合结构,其单体物理特性较难准确测量,因此本文对其剪切特性和循环荷载性能进行了研究。主要研究工作汇总如下:1.针、片状道砟剪切性能基于大型直剪试验研究道砟针、片状指数对道砟散体力学特性影响规律,包括剪切强度、变形特性及道砟颗粒破碎情况,并建议有砟道床道砟针、片状指数合计限值,为道砟生产和选型提供参考。2.片状道砟剪切性能细观研究根据实验结果发现,针片状道砟极易发生破裂,且在剪切过程中两者具有相似破裂规律,因此本文采用离散元法对片状道砟直剪试验进行数值分析,研究其接触力分布、配位数、颗粒位移等细观特性,并分析了破裂道砟分布位置以及敏感粒径范围。3.道砟密度和粗糙度对道床力学特性的影响首先分别通过密度试验和休止角试验选择三种密度和粗糙度相差较大的碎石材料(钢渣、玄武岩和浮石),通过实尺道床横向阻力试验测试了相同工况下三种碎石道床横向阻力。随后建立实尺轨枕-道床离散元模型,系统地分析道砟密度和粗糙度对道床横向阻力和垂向刚度的影响规律。4.新型道砟剪切性能基于新型道砟Neoballast,本文采用道砟胶及不同尺寸橡胶颗粒制作新型道砟Rubber-Protected Ballast(RPB),通过直剪试验研究表层橡胶颗粒对新型道砟RPB剪切性能的影响,并通过离散元数值分析,从细观层面揭示剪切作用下新型道砟RPB颗粒间的接触状态和运动情况。5.新型道砟循环荷载性能建立二维轨枕-道床离散元模型,并施以循环荷载,通过采用新型道砟RPB替换轨枕下方部分普通道砟,研究RPB橡胶颗粒尺寸及替换量对道床沉降的影响,并分析道床内部接触力分布和颗粒运动情况,为新型道砟RPB的使用提出合理建议。