有砟道床作为一种散体结构,在高速列车动荷载作用下会出现一系列病害,如道砟粉化、磨耗、破碎、道砟陷槽、道床变形、流塌等,这将改变有砟轨道的几何形位,降低线路的平顺性,增大轮轨之间的动力作用,严重影响列车运行的平稳性、舒适性与安全性。大型养路机械能有效调整轨道几何形位,改善道床弹性,提高道床服役性能,然而,捣镐的冲击作用会引发道砟颗粒破碎,改变道床级配,降低道床均匀性及力学性能,因此,如何科学合理的利用大机进行养护维修作业是保证轨道结构高平顺性和高稳定性的关键。碎石道砟大小不一,形状万千,颗粒间的接触形式变化多样,在大型养路机械作用下的力学行为极其复杂,且大机作业参数种类繁多,致使目前有砟道床的大机养护维修工作多是基于经验进行安排,尚未形成科学的理论体系对大机作业进行有效的指导。本文基于离散元与多体动力学耦合算法,解决了传统离散单元法无法准确模拟道砟与轨枕相互作用的科学难题,通过理论分析、室内试验、数值仿真相结合的手段研究大机对有砟道床破碎及力学性能的宏细观影响规律。本文主要研究工作汇总如下:1.构建了可破碎道砟颗粒精细化模型及EDEM-ADAMS耦合模型利用激光扫描法对道砟颗粒外形进行三维重建,自主研发了可生成空间点阵的API模块,实现了道砟颗粒的精细化模拟;在此基础上,采用离散元与多体动力学耦合算法建立了大机-有砟道床耦合模型;依据捣固、稳定作业基本工作原理,在模型中实现了大机作业的真实模拟;基于现场实测数据,实现列车动荷载的有效拟合,并对数值仿真模型的准确性进行了验证。2.大机作业对道砟颗粒破碎的影响规律研究基于分形方法,结合理论分析、室内试验、数值仿真模拟的手段研究道砟颗粒破碎分形演化规律,应力分布特征,以及强度、能量变化规律,揭示了道砟颗粒破碎机理。分析了大机作业过程中道砟颗粒的动力响应以及破碎演变规律,研究了道砟强度、形状、级配对散体集料破碎的影响规律,提出有砟道床中道砟选型建议。3.大机对有砟道床作业机理研究分析了大机作业过程中道砟颗粒的运动规律以及密实度变化特征,分别从宏、细观角度研究大机作业对道床横向阻力、纵向阻力、支承刚度的影响规律,揭示了大机对有砟道床的作业机理。4.大机作业参数、作业工序及工后重车碾压对道床质量的影响规律研究系统研究了捣固作业参数及稳定作业参数对道床力学性能的影响规律,提出了大机作业参数优化建议;探究了捣固作用次数、稳定作业次数、捣稳组合方式对道床质量的影响规律,提出了大机作业工序优化方案;分析了重车碾压作用下道床质量的演变规律,形成有砟轨道养护维修作业工艺优化体系,有效保证线路开通运营的安全性。