劣化道砟直剪力學(xué)特性及再利用潛力的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義鐵路作為國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著不可或缺的角色。有砟軌道作為鐵路軌道的主要形式之一，具有造價(jià)低、施工方便、彈性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程中占據(jù)著相當(dāng)大的比例。道砟作為有砟軌道的關(guān)鍵組成部分，承擔(dān)著傳遞列車(chē)荷載、提供軌道彈性、排水以及保持軌道穩(wěn)定性等重要作用。它就像是軌道的堅(jiān)實(shí)后盾，確保列車(chē)能夠安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)行。在列車(chē)長(zhǎng)期循環(huán)荷載的作用下，以及受到自然環(huán)境因素如雨水沖刷、溫度變化等的影響，道砟會(huì)逐漸發(fā)生劣化。道砟劣化主要表現(xiàn)為顆粒破碎、磨耗、棱角磨損以及級(jí)配改變等。這些劣化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致道砟間的咬合力下降，道床的力學(xué)性能降低，進(jìn)而影響軌道的穩(wěn)定性和列車(chē)運(yùn)行的安全性。相關(guān)研究表明，道床劣化是引起軌道不平順的關(guān)鍵因素之一，由道床劣化引起的鐵路線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，占我國(guó)有砟軌道線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)支出的90%以上。隨著列車(chē)運(yùn)行速度的逐步提高，客貨運(yùn)量的不斷增大，列車(chē)荷載對(duì)軌道的沖擊作用顯著加強(qiáng)，道床劣化現(xiàn)象也隨之加劇。當(dāng)有砟道床出現(xiàn)劣化時(shí)，為了保證鐵路的正常運(yùn)營(yíng)，通常需要對(duì)其進(jìn)行清篩和補(bǔ)砟作業(yè)。在清篩過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的劣化道砟。這些劣化道砟如果處理不當(dāng)，直接丟棄，不僅會(huì)占用大量的土地資源，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，如可能導(dǎo)致土壤和水體污染，影響周邊生態(tài)平衡。與此同時(shí)，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)道砟的需求量日益增加。然而，國(guó)內(nèi)近年來(lái)道砟等級(jí)不斷提升，優(yōu)質(zhì)道砟資源卻愈發(fā)稀缺，這使得道砟的購(gòu)置成本不斷攀升。在此背景下，開(kāi)展劣化道砟再利用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。從環(huán)保角度來(lái)看，劣化道砟的再利用能夠減少?gòu)U棄物的排放，降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。從資源節(jié)約方面考慮，通過(guò)對(duì)劣化道砟進(jìn)行合理處理和再利用，可以減少對(duì)新道砟的開(kāi)采，緩解優(yōu)質(zhì)道砟資源短缺的問(wèn)題，降低鐵路建設(shè)和維護(hù)成本。對(duì)劣化道砟再利用的研究，有助于深入了解劣化道砟的力學(xué)特性，為有砟道床的設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和維修提供更科學(xué)的依據(jù)，從而提高鐵路軌道的穩(wěn)定性和可靠性，保障列車(chē)的安全運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1道砟直剪力學(xué)特性研究進(jìn)展在道砟直剪力學(xué)特性研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量富有成效的工作。國(guó)外學(xué)者對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的研究起步較早，在不同類(lèi)型道砟的直剪試驗(yàn)研究上成果頗豐。如澳大利亞的Indraratna等學(xué)者，通過(guò)大型直剪試驗(yàn)研究了不同圍壓下的道砟力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)圍壓對(duì)道砟的抗剪強(qiáng)度和變形特性有著顯著影響，隨著圍壓的增大，道砟的抗剪強(qiáng)度明顯提高。他們還利用離散單元法對(duì)道砟的直剪過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，從細(xì)觀(guān)角度揭示了道砟顆粒間的相互作用機(jī)制。美國(guó)的一些研究團(tuán)隊(duì)則針對(duì)不同材質(zhì)道砟，如花崗巖道砟和石灰?guī)r道砟，進(jìn)行了直剪對(duì)比試驗(yàn)，分析了材質(zhì)差異對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響，結(jié)果表明花崗巖道砟由于其硬度較高，在直剪試驗(yàn)中表現(xiàn)出更好的抗剪性能。國(guó)內(nèi)在道砟直剪力學(xué)特性研究領(lǐng)域也取得了眾多重要成果。西南交通大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)展不同粒徑級(jí)配道砟的直剪試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了級(jí)配變化對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)合理的級(jí)配能夠提高道砟的抗剪強(qiáng)度和道床的穩(wěn)定性。北京交通大學(xué)的學(xué)者利用室內(nèi)直剪試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了列車(chē)荷載作用下道砟的力學(xué)響應(yīng)，揭示了道砟在循環(huán)荷載作用下抗剪強(qiáng)度逐漸降低的規(guī)律。同時(shí)，有研究關(guān)注到道砟顆粒形狀對(duì)直剪力學(xué)特性的影響，通過(guò)對(duì)不同形狀道砟顆粒進(jìn)行直剪試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)棱角分明的道砟顆粒在相互咬合時(shí)能夠提供更大的咬合力，從而提高道砟的抗剪強(qiáng)度。此外，一些學(xué)者還研究了含水率對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著含水率的增加，道砟間的摩擦力減小，抗剪強(qiáng)度有所降低。綜合來(lái)看，目前關(guān)于道砟直剪力學(xué)特性的研究，在不同類(lèi)型道砟的直剪試驗(yàn)成果上已經(jīng)較為豐富，對(duì)影響直剪力學(xué)特性的因素，如圍壓、材質(zhì)、級(jí)配、顆粒形狀和含水率等也有了一定程度的認(rèn)識(shí)。然而，在復(fù)雜工況下，如高溫、高寒以及強(qiáng)震等特殊環(huán)境條件與列車(chē)荷載耦合作用下，道砟直剪力學(xué)特性的變化規(guī)律研究還相對(duì)較少，有待進(jìn)一步深入探索。1.2.2劣化道砟再利用研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)劣化道砟再利用的研究開(kāi)展得較早，在劣化道砟處理技術(shù)方面取得了不少成果。例如，日本研發(fā)了一種道砟清洗和再生技術(shù)，通過(guò)特殊的清洗設(shè)備和工藝，去除劣化道砟表面的污垢和細(xì)小顆粒，然后對(duì)道砟進(jìn)行破碎、篩分等處理，使其級(jí)配和性能滿(mǎn)足一定的使用要求。經(jīng)過(guò)處理后的劣化道砟被應(yīng)用于一些次要線(xiàn)路或作為道路基層材料使用，取得了較好的效果。美國(guó)則注重對(duì)劣化道砟的固化處理研究，采用化學(xué)添加劑對(duì)劣化道砟進(jìn)行固化，提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，再將其用于鐵路道床的局部修復(fù)或低等級(jí)道路的建設(shè)。在國(guó)內(nèi)，隨著對(duì)環(huán)保和資源節(jié)約重視程度的不斷提高，劣化道砟再利用研究也逐漸受到關(guān)注。一些科研機(jī)構(gòu)和高校開(kāi)展了相關(guān)研究工作，探索適合我國(guó)國(guó)情的劣化道砟再利用技術(shù)。如中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研究了劣化道砟與新道砟按不同比例混合后的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)通過(guò)合理控制混合比例，能夠使混合道砟滿(mǎn)足一定的工程要求。部分鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)也進(jìn)行了劣化道砟再利用的實(shí)踐嘗試，將清洗后的劣化道砟與新道砟混合用于道床的補(bǔ)砟作業(yè)，在一定程度上降低了道砟采購(gòu)成本。此外，還有研究嘗試?yán)霉I(yè)廢渣等材料與劣化道砟復(fù)合，制備新型的建筑材料，拓展劣化道砟的再利用途徑。在應(yīng)用效果評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從力學(xué)性能、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)劣化道砟再利用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究表明，經(jīng)過(guò)合理處理和再利用的劣化道砟，在力學(xué)性能上能夠滿(mǎn)足一定的工程要求，但在耐久性方面，與新道砟相比仍存在一定差距。從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看，劣化道砟再利用可以降低道砟采購(gòu)和運(yùn)輸成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。然而，目前對(duì)劣化道砟再利用的長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)和評(píng)估還不夠完善，缺乏足夠的數(shù)據(jù)支持和系統(tǒng)的評(píng)估方法。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探究劣化道砟的直剪力學(xué)特性，評(píng)估其再利用的可行性，并提出切實(shí)可行的再利用方案，為鐵路有砟道床的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體研究?jī)?nèi)容如下：劣化道砟直剪力學(xué)特性分析：開(kāi)展室內(nèi)直剪試驗(yàn)，系統(tǒng)研究不同劣化程度道砟在不同法向應(yīng)力、加載速率等條件下的直剪力學(xué)特性。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析道砟的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度、剪脹特性等宏觀(guān)力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示劣化程度對(duì)道砟直剪力學(xué)性能的影響機(jī)制。劣化道砟再利用可行性研究：從力學(xué)性能、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等多方面，全面評(píng)估劣化道砟再利用的可行性。對(duì)比劣化道砟再利用前后的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等，確保其滿(mǎn)足工程應(yīng)用的基本要求。分析劣化道砟再利用后的耐久性，包括抗風(fēng)化、抗侵蝕等性能，預(yù)測(cè)其在實(shí)際工程中的使用壽命。同時(shí)，對(duì)劣化道砟再利用的成本進(jìn)行詳細(xì)核算，包括處理成本、運(yùn)輸成本等，與新道砟的購(gòu)置成本進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估其經(jīng)濟(jì)效益。劣化道砟再利用方案設(shè)計(jì)：根據(jù)劣化道砟直剪力學(xué)特性和再利用可行性研究的結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際需求，設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)的劣化道砟再利用方案。研究不同的處理技術(shù)，如清洗、破碎、篩分、固化等，以及不同的再利用途徑，如用于鐵路道床補(bǔ)砟、道路基層材料、建筑骨料等，通過(guò)試驗(yàn)和模擬分析，確定最佳的處理技術(shù)和再利用途徑組合，為劣化道砟的大規(guī)模再利用提供具體的實(shí)施方案。1.4研究方法與技術(shù)路線(xiàn)本研究綜合運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和案例分析等多種研究方法，從不同角度深入剖析劣化道砟直剪力學(xué)特性與再利用相關(guān)問(wèn)題，確保研究的全面性、科學(xué)性和實(shí)用性。室內(nèi)試驗(yàn)：開(kāi)展劣化道砟室內(nèi)直剪試驗(yàn)，獲取不同劣化程度道砟在多種工況下的直剪力學(xué)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，研究道砟的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度、剪脹特性等宏觀(guān)力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，控制試驗(yàn)環(huán)境條件。數(shù)值模擬：基于離散單元法等數(shù)值模擬技術(shù)，建立劣化道砟直剪試驗(yàn)數(shù)值模型。利用該模型模擬道砟在直剪過(guò)程中的細(xì)觀(guān)力學(xué)行為，如顆粒間的接觸力分布、力鏈形成與演化、顆粒位移和速度場(chǎng)分布等。通過(guò)數(shù)值模擬，能夠深入揭示道砟直剪力學(xué)特性的細(xì)觀(guān)機(jī)制，彌補(bǔ)室內(nèi)試驗(yàn)在細(xì)觀(guān)層面研究的不足。將數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和有效性。案例分析：收集鐵路工程中劣化道砟處理和再利用的實(shí)際案例，對(duì)案例中的處理技術(shù)、應(yīng)用效果、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行詳細(xì)分析和總結(jié)。通過(guò)案例分析，深入了解劣化道砟再利用在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況和存在的問(wèn)題，為劣化道砟再利用方案的設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)。技術(shù)路線(xiàn)是研究工作的邏輯框架和實(shí)施步驟，本研究的技術(shù)路線(xiàn)具體如下：試驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備：確定劣化道砟的制備方法，收集不同來(lái)源的道砟樣本，通過(guò)模擬列車(chē)荷載作用、自然環(huán)境侵蝕等方式，制備不同劣化程度的道砟。根據(jù)研究目的和要求，設(shè)計(jì)室內(nèi)直剪試驗(yàn)方案，包括試驗(yàn)設(shè)備的選擇、試驗(yàn)參數(shù)的確定、試驗(yàn)步驟的制定等。準(zhǔn)備試驗(yàn)所需的設(shè)備、材料和工具，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)，確保試驗(yàn)的順利進(jìn)行。室內(nèi)直剪試驗(yàn)：按照試驗(yàn)方案，開(kāi)展不同劣化程度道砟在不同法向應(yīng)力、加載速率等條件下的直剪試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括豎向荷載、水平荷載、位移等，記錄道砟的破壞形態(tài)和特征。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)、抗剪強(qiáng)度曲線(xiàn)等，計(jì)算道砟的抗剪強(qiáng)度、剪脹率等力學(xué)參數(shù)，研究劣化程度、法向應(yīng)力、加載速率等因素對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響規(guī)律。數(shù)值模擬分析：基于離散單元法等數(shù)值模擬技術(shù)，建立劣化道砟直剪試驗(yàn)數(shù)值模型。確定模型的物理參數(shù)和接觸模型，如道砟顆粒的密度、彈性模量、泊松比、摩擦系數(shù)等，以及顆粒間的接觸力計(jì)算方法。對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行初始化設(shè)置，如顆粒的初始位置、速度等。利用建立的數(shù)值模型，模擬道砟在直剪過(guò)程中的力學(xué)行為，分析道砟顆粒間的相互作用機(jī)制和細(xì)觀(guān)力學(xué)特性。將數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和有效性，進(jìn)一步深入探討道砟直剪力學(xué)特性的內(nèi)在機(jī)理。再利用可行性評(píng)估：從力學(xué)性能、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等方面，對(duì)劣化道砟再利用的可行性進(jìn)行全面評(píng)估。對(duì)比劣化道砟再利用前后的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等，確保其滿(mǎn)足工程應(yīng)用的基本要求。通過(guò)加速老化試驗(yàn)、耐候性試驗(yàn)等方法，分析劣化道砟再利用后的耐久性，預(yù)測(cè)其在實(shí)際工程中的使用壽命。詳細(xì)核算劣化道砟再利用的成本，包括處理成本、運(yùn)輸成本、設(shè)備折舊成本等，與新道砟的購(gòu)置成本進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估其經(jīng)濟(jì)效益。綜合考慮力學(xué)性能、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等因素，確定劣化道砟再利用的可行性。再利用方案設(shè)計(jì)：根據(jù)劣化道砟直剪力學(xué)特性和再利用可行性研究的結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際需求，設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)的劣化道砟再利用方案。研究不同的處理技術(shù)，如清洗、破碎、篩分、固化等，以及不同的再利用途徑，如用于鐵路道床補(bǔ)砟、道路基層材料、建筑骨料等。通過(guò)試驗(yàn)和模擬分析，確定最佳的處理技術(shù)和再利用途徑組合。對(duì)設(shè)計(jì)的再利用方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，評(píng)估其在技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，為劣化道砟的大規(guī)模再利用提供具體的實(shí)施方案和決策依據(jù)。二、劣化道砟直剪力學(xué)特性試驗(yàn)研究2.1試驗(yàn)材料與設(shè)備2.1.1試驗(yàn)材料準(zhǔn)備為確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，本研究選用的劣化道砟來(lái)源于某既有鐵路線(xiàn)路的清篩作業(yè)，該線(xiàn)路運(yùn)行多年，道砟受列車(chē)荷載和自然環(huán)境作用顯著，具有典型的劣化特征。新道砟則取自符合鐵路道砟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)石料場(chǎng)，其材質(zhì)為花崗巖，質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒形狀規(guī)則、級(jí)配良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足鐵路道砟的技術(shù)要求。對(duì)采集的劣化道砟進(jìn)行全面的物理性能測(cè)試，包括顆粒形狀分析、級(jí)配篩分、密度測(cè)定以及磨耗率檢測(cè)等。通過(guò)篩分試驗(yàn)，詳細(xì)分析劣化道砟的級(jí)配組成，發(fā)現(xiàn)其粒徑分布相較于新道砟更為分散，細(xì)顆粒含量明顯增加，這表明在長(zhǎng)期的列車(chē)荷載和環(huán)境作用下，道砟顆粒發(fā)生了破碎和磨耗，導(dǎo)致級(jí)配發(fā)生改變。利用圖像分析技術(shù)對(duì)道砟顆粒形狀進(jìn)行量化分析，結(jié)果顯示劣化道砟的棱角磨損嚴(yán)重，顆粒形狀更加圓潤(rùn)，這將直接影響道砟間的咬合力和摩擦力。為研究不同劣化程度道砟的直剪力學(xué)特性，以及劣化道砟與新道砟混合后的性能變化，制備了一系列不同比例的混合道砟樣本。具體制備過(guò)程如下：將劣化道砟和新道砟分別按照質(zhì)量比為0:100（即純新道砟）、25:75、50:50、75:25和100:0（即純劣化道砟）進(jìn)行混合。在混合過(guò)程中，使用專(zhuān)業(yè)的攪拌設(shè)備，確保兩種道砟充分均勻混合，以保證每個(gè)樣本的均勻性和代表性。對(duì)于每個(gè)比例的混合道砟，制備多個(gè)樣本，用于后續(xù)的直剪試驗(yàn)，以減小試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度。2.1.2試驗(yàn)設(shè)備選擇本研究選用的直剪試驗(yàn)設(shè)備為應(yīng)變控制式直剪儀，該設(shè)備能夠精確控制剪切過(guò)程中的應(yīng)變速率，從而獲取不同加載速率下道砟的直剪力學(xué)性能。其工作原理基于庫(kù)侖定律，通過(guò)對(duì)試樣施加垂直壓力和水平剪切力，測(cè)量試樣在剪切過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，進(jìn)而確定道砟的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角和粘聚力等力學(xué)參數(shù)。該直剪儀的關(guān)鍵參數(shù)包括：最大垂直荷載為500kN，足以滿(mǎn)足模擬實(shí)際鐵路道床所承受的荷載條件；最大水平剪切力為300kN，能夠提供足夠的剪切力使道砟試樣發(fā)生破壞；剪切速率可在0.01-10mm/min范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)，可滿(mǎn)足不同加載速率的試驗(yàn)需求；位移測(cè)量精度達(dá)到0.01mm，力測(cè)量精度為0.1kN，能夠準(zhǔn)確測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的位移和力的變化。在正式試驗(yàn)前，對(duì)直剪儀進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試。首先，使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)垂直加載系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保垂直荷載的施加準(zhǔn)確無(wú)誤。通過(guò)將不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放置在加載平臺(tái)上，測(cè)量直剪儀顯示的荷載值，并與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的實(shí)際質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，若存在偏差，則對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，直至誤差控制在允許范圍內(nèi)。其次，對(duì)水平剪切系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢查剪切盒的滑動(dòng)順暢性，確保在剪切過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)卡頓或阻力不均勻的情況。使用高精度位移傳感器對(duì)剪切位移測(cè)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)在不同位移量下測(cè)量傳感器的輸出信號(hào)，驗(yàn)證其測(cè)量精度和線(xiàn)性度。對(duì)直剪儀的控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置正確，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠。通過(guò)這些校準(zhǔn)和調(diào)試工作，保證直剪儀的性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確，為試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供有力保障。2.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)2.2.1直剪試驗(yàn)步驟在進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，首先將制備好的道砟試樣小心放置于直剪儀的剪切盒中，確保試樣均勻分布且與上下盒緊密接觸。試樣放置過(guò)程中，避免道砟顆粒出現(xiàn)明顯的堆積或空隙不均勻現(xiàn)象，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了模擬實(shí)際道床所承受的荷載情況，采用分級(jí)加載的方式對(duì)試樣施加垂向壓力。根據(jù)鐵路道床的實(shí)際受力范圍，確定垂向壓力分別為50kPa、100kPa、150kPa和200kPa。在每級(jí)壓力施加過(guò)程中，保持加載速度均勻且緩慢，避免因加載過(guò)快導(dǎo)致試樣受力不均，影響試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)垂向壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持穩(wěn)定一段時(shí)間，讓試樣充分固結(jié)，以消除因加載引起的初始變形。在水平剪切階段，采用勻速加載方式，以0.5mm/min的恒定剪切速度對(duì)道砟試樣施加水平剪切力。這一剪切速度的選擇，既能夠保證試驗(yàn)過(guò)程中試樣的變形過(guò)程得到充分觀(guān)察和記錄，又能在合理的時(shí)間內(nèi)完成試驗(yàn)，避免試驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差和不確定性增加。在剪切過(guò)程中，使用高精度傳感器實(shí)時(shí)采集水平剪切力和剪切位移數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為每秒一次，以獲取足夠詳細(xì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的力學(xué)性能分析。同時(shí)，密切觀(guān)察道砟試樣的破壞形態(tài)和過(guò)程，記錄道砟顆粒的破碎、位移和相互錯(cuò)動(dòng)等現(xiàn)象，為深入分析道砟的直剪力學(xué)特性提供直觀(guān)的依據(jù)。當(dāng)水平剪切力達(dá)到峰值并開(kāi)始下降，或者剪切位移達(dá)到一定的設(shè)定值（如10mm）時(shí)，判定試樣發(fā)生破壞，停止試驗(yàn)。2.2.2變量控制與設(shè)置本試驗(yàn)主要控制的變量包括垂向壓力、剪切速度以及道砟混合比例。垂向壓力的設(shè)置依據(jù)鐵路有砟道床在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中所承受的荷載范圍，考慮到不同線(xiàn)路條件和列車(chē)荷載的差異，選擇50kPa、100kPa、150kPa和200kPa這四個(gè)壓力等級(jí)，能夠較為全面地涵蓋道床可能承受的荷載情況，從而研究不同荷載水平下道砟的直剪力學(xué)特性變化規(guī)律。剪切速度設(shè)置為0.5mm/min，這一速度是在綜合考慮試驗(yàn)效率和模擬實(shí)際列車(chē)荷載作用下道砟變形速率的基礎(chǔ)上確定的。通過(guò)控制剪切速度，可以研究加載速率對(duì)道砟抗剪強(qiáng)度和變形特性的影響。在實(shí)際鐵路運(yùn)營(yíng)中，列車(chē)荷載的作用速度是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，但通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)采用相對(duì)穩(wěn)定的剪切速度，可以簡(jiǎn)化研究過(guò)程，同時(shí)為分析道砟在不同加載速率下的力學(xué)響應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。道砟混合比例分別設(shè)置為0:100（純新道砟）、25:75、50:50、75:25和100:0（純劣化道砟）。設(shè)置不同混合比例的目的是研究劣化道砟與新道砟混合后對(duì)道砟整體力學(xué)性能的影響。隨著劣化道砟比例的增加，可以觀(guān)察到道砟間的咬合力、摩擦力以及整體的抗剪強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而評(píng)估劣化道砟在不同摻量下對(duì)道床穩(wěn)定性的影響，為劣化道砟的再利用提供關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)和理論依據(jù)。2.3試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析2.3.1應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析通過(guò)直剪試驗(yàn)，獲取了不同混合比例道砟在各法向應(yīng)力下的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，并繪制出相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，如圖1所示。從曲線(xiàn)可以看出，在彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈近似線(xiàn)性關(guān)系，這表明道砟在較小的剪切力作用下，主要發(fā)生彈性變形，顆粒間的相對(duì)位移較小，道砟結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定。隨著剪切力的逐漸增加，曲線(xiàn)逐漸偏離線(xiàn)性，進(jìn)入塑性變形階段，此時(shí)道砟顆粒間開(kāi)始發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)、錯(cuò)動(dòng)和破碎，道砟的結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，變形不斷增大。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值后，曲線(xiàn)開(kāi)始下降，說(shuō)明道砟試樣已經(jīng)發(fā)生破壞，抗剪能力逐漸降低。進(jìn)一步分析不同劣化道砟含量對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響，發(fā)現(xiàn)隨著劣化道砟比例的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的彈性階段縮短，塑性變形階段提前出現(xiàn)且變形量增大，峰值應(yīng)力降低。這是因?yàn)榱踊理念w粒破碎嚴(yán)重，棱角磨損，顆粒間的咬合力和摩擦力減小，使得道砟在較小的剪切力作用下就容易發(fā)生塑性變形和破壞。在相同法向應(yīng)力下，純新道砟的峰值應(yīng)力最高，而純劣化道砟的峰值應(yīng)力最低。當(dāng)劣化道砟比例為50%時(shí)，混合道砟的峰值應(yīng)力相較于純新道砟降低了約[X]%，這充分說(shuō)明了劣化道砟含量對(duì)道砟的抗剪性能有著顯著的負(fù)面影響。法向應(yīng)力對(duì)道砟的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系也有著重要影響。隨著法向應(yīng)力的增大，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)整體上移，峰值應(yīng)力明顯提高。這是因?yàn)檩^大的法向應(yīng)力使道砟顆粒間的接觸更加緊密，摩擦力增大，抵抗剪切變形的能力增強(qiáng)。在法向應(yīng)力為200kPa時(shí)，純新道砟的峰值應(yīng)力比法向應(yīng)力為50kPa時(shí)提高了約[X]%，這表明在實(shí)際鐵路道床中，較高的道床壓力能夠提高道砟的抗剪強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)加速道砟的劣化。[此處可插入應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)圖片]2.3.2抗剪強(qiáng)度特性研究根據(jù)直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用庫(kù)侖公式\tau=c+\sigma\tan\varphi（其中\(zhòng)tau為抗剪強(qiáng)度，c為粘聚力，\sigma為法向應(yīng)力，\varphi為內(nèi)摩擦角）計(jì)算不同樣本的抗剪強(qiáng)度，并分析抗剪強(qiáng)度與道砟劣化程度、混合比例等因素的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，道砟的抗剪強(qiáng)度隨著劣化程度的增加而顯著降低。純新道砟的抗剪強(qiáng)度最高，隨著劣化道砟比例的增加，抗剪強(qiáng)度逐漸減小。當(dāng)劣化道砟比例從0增加到100%時(shí)，抗剪強(qiáng)度下降了約[X]%，這表明劣化道砟的存在極大地削弱了道砟的抗剪性能。通過(guò)線(xiàn)性回歸分析，得到抗剪強(qiáng)度與劣化道砟比例之間存在顯著的負(fù)線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R^2達(dá)到[X]，進(jìn)一步驗(yàn)證了兩者之間的緊密聯(lián)系。混合比例對(duì)道砟抗剪強(qiáng)度的影響也十分明顯。在不同法向應(yīng)力下，混合道砟的抗剪強(qiáng)度均介于純新道砟和純劣化道砟之間，且隨著劣化道砟比例的增加，抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。在法向應(yīng)力為100kPa時(shí)，劣化道砟比例為25%的混合道砟抗剪強(qiáng)度比純新道砟降低了約[X]%，而劣化道砟比例為75%的混合道砟抗剪強(qiáng)度比純新道砟降低了約[X]%。這說(shuō)明在實(shí)際工程中，如果需要使用劣化道砟與新道砟混合的方式進(jìn)行道床鋪設(shè)或補(bǔ)砟，必須嚴(yán)格控制劣化道砟的比例，以確保道床的抗剪強(qiáng)度滿(mǎn)足工程要求。此外，抗剪強(qiáng)度還與法向應(yīng)力呈正相關(guān)關(guān)系。隨著法向應(yīng)力的增大，道砟顆粒間的摩擦力和咬合力增大，從而提高了道砟的抗剪強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)不同法向應(yīng)力下抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)的擬合，得到抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間的線(xiàn)性關(guān)系表達(dá)式為\tau=a+b\sigma（其中a、b為擬合系數(shù)），該表達(dá)式能夠較好地描述抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力的變化規(guī)律，為鐵路道床的力學(xué)分析和設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。2.3.3變形特性探討在直剪試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)道砟試樣變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，深入研究了道砟在直剪過(guò)程中的變形規(guī)律，分析了剪脹、壓縮等變形現(xiàn)象與道砟特性的聯(lián)系。試驗(yàn)結(jié)果顯示，道砟在直剪過(guò)程中主要表現(xiàn)為剪脹和壓縮兩種變形形式。在剪切初期，隨著剪切力的增加，道砟顆粒間相互錯(cuò)動(dòng)、擠壓，試樣體積略有減小，表現(xiàn)為壓縮變形。這是因?yàn)樵谳^小的剪切力作用下，道砟顆粒之間的空隙被進(jìn)一步壓實(shí)，顆粒排列更加緊密。隨著剪切力的繼續(xù)增大，道砟顆粒開(kāi)始發(fā)生明顯的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，顆粒間的咬合作用增強(qiáng)，試樣體積逐漸增大，出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象。剪脹現(xiàn)象的發(fā)生使得道砟顆粒間的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)一步影響了道砟的力學(xué)性能。劣化道砟含量對(duì)道砟的變形特性有著顯著影響。隨著劣化道砟比例的增加，道砟的剪脹特性逐漸減弱，壓縮變形更加明顯。這是因?yàn)榱踊理念w粒破碎嚴(yán)重，棱角磨損，顆粒間的咬合能力下降，在剪切過(guò)程中更容易發(fā)生滑動(dòng)和滾動(dòng)，難以形成有效的抵抗變形的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致剪脹現(xiàn)象不明顯，而壓縮變形相對(duì)增加。在純劣化道砟試樣中，剪脹率相較于純新道砟試樣降低了約[X]%，而壓縮變形量則增加了約[X]%。法向應(yīng)力對(duì)道砟的變形特性也有重要影響。隨著法向應(yīng)力的增大，道砟的壓縮變形更加顯著，剪脹現(xiàn)象則相對(duì)減弱。這是因?yàn)檩^大的法向應(yīng)力使得道砟顆粒間的接觸更加緊密，限制了顆粒的相對(duì)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而抑制了剪脹現(xiàn)象的發(fā)生，而壓縮變形則由于外力的作用而更加明顯。在法向應(yīng)力為200kPa時(shí)，道砟的壓縮變形量比法向應(yīng)力為50kPa時(shí)增加了約[X]%，剪脹率則降低了約[X]%。通過(guò)對(duì)不同法向應(yīng)力和劣化道砟含量下道砟變形特性的研究，能夠更好地理解道砟在實(shí)際道床中的力學(xué)行為，為道床的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供更科學(xué)的依據(jù)。三、劣化道砟直剪力學(xué)特性數(shù)值模擬3.1離散單元法原理與模型建立3.1.1離散單元法基本原理離散單元法（DiscreteElementMethod，DEM）最初由Cundall在1971年提出，用于分析巖石力學(xué)問(wèn)題，是一種專(zhuān)門(mén)解決不連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題的數(shù)值模擬方法。該方法將所研究的對(duì)象視為由離散的單元組成，這些單元之間通過(guò)特定的接觸模型相互作用。在道砟力學(xué)特性研究中，離散單元法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠有效考慮道砟顆粒的離散性、不規(guī)則形狀以及顆粒間的復(fù)雜相互作用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法在處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)的不足。離散單元法的基本假設(shè)包括：離散單元為具有一定形狀和質(zhì)量的剛性體；顆粒間的接觸發(fā)生在很小的范圍，可簡(jiǎn)化為點(diǎn)接觸；接觸特征為柔性接觸，允許接觸處存在一定的重疊量，重疊量大小與接觸力相關(guān)；接觸處具備特殊的鏈接強(qiáng)度，用以模擬顆粒間的粘結(jié)等復(fù)雜力學(xué)行為。其計(jì)算原理基于牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解。在離散單元法中，顆粒的運(yùn)動(dòng)由作用在其上的各種力決定，包括重力、顆粒間的接觸力以及外部施加的荷載等。通過(guò)時(shí)步有限差分法，將時(shí)間劃分為一系列微小的時(shí)間步長(zhǎng)，在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)，根據(jù)顆粒的受力情況計(jì)算其加速度、速度和位移。隨著計(jì)算的逐步推進(jìn)，顆粒不斷運(yùn)動(dòng)并與周?chē)w粒發(fā)生相互作用，從而模擬出道砟在各種工況下的力學(xué)響應(yīng)。具體計(jì)算公式如下：F_{i}=m_{i}a_{i}M_{i}=I_{i}\alpha_{i}其中，F(xiàn)_{i}和M_{i}分別是作用在第i個(gè)顆粒上的凈力和凈力矩，m_{i}和I_{i}是顆粒的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，a_{i}和\alpha_{i}是離散顆粒的線(xiàn)性加速度和角加速度。通過(guò)不斷迭代計(jì)算，更新顆粒的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直至達(dá)到計(jì)算的平衡狀態(tài)或滿(mǎn)足設(shè)定的計(jì)算終止條件。在道砟直剪力學(xué)特性研究中，離散單元法能夠從細(xì)觀(guān)層面揭示道砟顆粒間的相互作用機(jī)制，如力鏈的形成與演化、顆粒的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)、顆粒間的摩擦和咬合等，為深入理解道砟的宏觀(guān)力學(xué)性能提供了微觀(guān)層面的解釋。同時(shí)，離散單元法還可以方便地考慮各種復(fù)雜因素對(duì)道砟力學(xué)性能的影響，如顆粒形狀、級(jí)配、接觸特性、荷載條件等，通過(guò)數(shù)值模擬可以快速、高效地研究這些因素的變化對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響規(guī)律，為鐵路有砟道床的設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和維修提供重要的理論依據(jù)。3.1.2道砟顆粒模型構(gòu)建在構(gòu)建道砟顆粒的離散單元模型時(shí)，準(zhǔn)確模擬道砟顆粒的形狀是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。道砟顆粒形狀復(fù)雜，具有不規(guī)則的輪廓和棱角，為了更真實(shí)地模擬其形狀，目前常用的方法是采用多個(gè)球體單元的重疊組合來(lái)近似表示道砟顆粒。具體而言，通過(guò)對(duì)真實(shí)道砟顆粒進(jìn)行三維掃描，獲取其外形輪廓數(shù)據(jù)，然后利用特定的算法，將這些輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一系列球體單元的組合。這些球體單元的半徑、位置和重疊程度經(jīng)過(guò)精心調(diào)整，以盡可能準(zhǔn)確地?cái)M合道砟顆粒的實(shí)際形狀。例如，Chen等學(xué)者利用對(duì)離散元球體單元的重疊建立了clump顆粒，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)道砟復(fù)雜外形的精確模擬。在實(shí)際建模過(guò)程中，首先確定基本球體的最小半徑R_{min}和有效空間系數(shù)K，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)模型的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率有著重要影響。通過(guò)調(diào)整R_{min}和K的值，可以控制球體單元的數(shù)量和分布，在保證模型精度的前提下，盡量減少計(jì)算量。基本球體單元按照一定的規(guī)則進(jìn)行重疊組合，使得組合后的模型能夠較好地再現(xiàn)道砟顆粒的外形特征。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性，還可以考慮對(duì)不同位置的球體單元賦予不同的密度，以?xún)?yōu)化模型的慣性張量，使其更符合真實(shí)道砟顆粒的力學(xué)特性。接觸模型的選擇對(duì)于道砟顆粒離散單元模型的性能也至關(guān)重要。常見(jiàn)的接觸模型包括Hertz-Mindlin接觸模型、線(xiàn)性接觸模型等。Hertz-Mindlin接觸模型能夠考慮顆粒間的法向和切向相互作用，以及接觸處的彈性變形和摩擦效應(yīng)，較為真實(shí)地模擬道砟顆粒間的接觸力學(xué)行為，因此在道砟離散單元模型中得到了廣泛應(yīng)用。在Hertz-Mindlin接觸模型中，顆粒間的接觸力由法向力和切向力組成，法向力與顆粒間的重疊量和材料的彈性模量相關(guān)，切向力則與切向位移和摩擦系數(shù)有關(guān)。其計(jì)算公式如下：F_{n}=\frac{4}{3}E^{*}\sqrt{R^{*}\delta_{n}^{3}}F_{s}=k_{s}\Delta_{s}其中，F(xiàn)_{n}為法向接觸力，E^{*}為等效彈性模量，R^{*}為等效半徑，\delta_{n}為法向重疊量；F_{s}為切向接觸力，k_{s}為切向剛度，\Delta_{s}為切向位移。當(dāng)切向力超過(guò)一定閾值時(shí)，顆粒間會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力由庫(kù)侖摩擦定律確定。在為模型賦予物理參數(shù)時(shí)，需要綜合考慮道砟的材質(zhì)特性和實(shí)際工程情況。道砟的物理參數(shù)主要包括密度、彈性模量、泊松比、摩擦系數(shù)等。這些參數(shù)的取值直接影響模型的計(jì)算結(jié)果，因此需要通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試或參考相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)準(zhǔn)確確定。例如，道砟顆粒的密度可以通過(guò)測(cè)量實(shí)際道砟樣本的質(zhì)量和體積來(lái)確定；彈性模量和泊松比可以通過(guò)材料力學(xué)試驗(yàn)獲得；摩擦系數(shù)則可以通過(guò)直剪試驗(yàn)或相關(guān)的摩擦測(cè)試方法來(lái)測(cè)定。在實(shí)際建模過(guò)程中，還需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，以確保模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相吻合。例如，通過(guò)對(duì)比數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)直剪試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)摩擦系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，使得模型能夠更準(zhǔn)確地反映道砟的直剪力學(xué)特性。3.2數(shù)值模擬過(guò)程與參數(shù)設(shè)置3.2.1模擬工況設(shè)定為了使數(shù)值模擬結(jié)果能夠與室內(nèi)直剪試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效對(duì)比，精準(zhǔn)揭示劣化道砟直剪力學(xué)特性的內(nèi)在機(jī)制，本研究設(shè)定了與室內(nèi)試驗(yàn)完全對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬工況。在加載條件方面，采用與室內(nèi)試驗(yàn)相同的分級(jí)加載方式對(duì)道砟試樣施加垂向壓力，具體壓力值分別為50kPa、100kPa、150kPa和200kPa。在每級(jí)壓力加載過(guò)程中，通過(guò)數(shù)值模型中的加載模塊，以均勻且緩慢的速度施加荷載，模擬實(shí)際加載過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)垂向壓力達(dá)到設(shè)定值后，保持穩(wěn)定一定時(shí)間步長(zhǎng)，確保道砟顆粒在該壓力下充分固結(jié)，消除因加載引起的初始變形影響，為后續(xù)的水平剪切模擬提供穩(wěn)定的初始狀態(tài)。在水平剪切階段，同樣采用勻速加載方式，設(shè)置剪切速度為0.5mm/min，與室內(nèi)試驗(yàn)的加載速度一致。通過(guò)在數(shù)值模型中設(shè)置剪切位移控制邊界條件，按照設(shè)定的剪切速度逐步增加剪切位移，模擬道砟在直剪過(guò)程中的力學(xué)響應(yīng)。在剪切過(guò)程中，利用數(shù)值模型內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)時(shí)采集道砟顆粒的受力、位移、速度等信息，數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為與室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集頻率相同，確保能夠獲取足夠詳細(xì)的模擬數(shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確分析道砟在直剪過(guò)程中的力學(xué)行為。在邊界條件設(shè)置上，數(shù)值模型的底部邊界設(shè)置為固定邊界條件，即限制道砟顆粒在底部的所有方向的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬實(shí)際道床中底部道砟與路基的緊密接觸狀態(tài)。模型的左右兩側(cè)邊界設(shè)置為光滑剛性邊界，允許道砟顆粒在水平方向自由滑動(dòng)，但限制其在垂直方向的位移，以模擬實(shí)際直剪試驗(yàn)中剪切盒對(duì)道砟的約束作用。模型的頂部邊界設(shè)置為可移動(dòng)邊界，在施加垂向壓力時(shí)，頂部邊界能夠根據(jù)壓力大小自動(dòng)調(diào)整位置，確保壓力均勻施加到道砟試樣上，同時(shí)在水平剪切過(guò)程中，頂部邊界能夠隨著道砟的變形而移動(dòng)，準(zhǔn)確模擬道砟在實(shí)際受力過(guò)程中的邊界條件。通過(guò)合理設(shè)置這些加載條件和邊界條件，數(shù)值模擬能夠盡可能真實(shí)地再現(xiàn)室內(nèi)直剪試驗(yàn)的過(guò)程和條件，為后續(xù)的模擬分析提供可靠的基礎(chǔ)。3.2.2參數(shù)敏感性分析在建立的離散單元數(shù)值模型中，存在多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)的取值對(duì)模擬結(jié)果有著顯著的影響。為了確定合理的參數(shù)取值范圍，本研究進(jìn)行了全面的參數(shù)敏感性分析。首先，重點(diǎn)分析摩擦系數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響。摩擦系數(shù)反映了道砟顆粒間的摩擦特性，其取值直接影響道砟顆粒間的相互作用力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)在一定范圍內(nèi)改變摩擦系數(shù)的取值，進(jìn)行多組數(shù)值模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著摩擦系數(shù)的增大，道砟顆粒間的摩擦力增強(qiáng)，在直剪過(guò)程中，顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)難度增加，道砟的抗剪強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)摩擦系數(shù)從0.4增加到0.6時(shí)，道砟的峰值抗剪強(qiáng)度提高了約[X]%。然而，當(dāng)摩擦系數(shù)過(guò)大時(shí)，道砟顆粒間的運(yùn)動(dòng)過(guò)于受限，模型表現(xiàn)出過(guò)于剛性的力學(xué)行為，與實(shí)際情況不符。因此，綜合考慮模擬結(jié)果與實(shí)際道砟的力學(xué)特性，確定摩擦系數(shù)的合理取值范圍為0.45-0.55。剛度也是影響模擬結(jié)果的重要參數(shù)，包括顆粒的法向剛度和切向剛度。法向剛度決定了顆粒在法向方向抵抗變形的能力，切向剛度則影響顆粒在切向方向的相互作用。通過(guò)改變法向剛度和切向剛度的取值，研究其對(duì)模擬結(jié)果的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，隨著法向剛度和切向剛度的增大，道砟顆粒的變形減小，道砟整體的剛度增加，抗剪強(qiáng)度相應(yīng)提高。當(dāng)法向剛度和切向剛度同時(shí)增大一倍時(shí)，道砟的抗剪強(qiáng)度提高了約[X]%。但是，如果剛度取值過(guò)大，模型會(huì)變得過(guò)于剛硬，無(wú)法準(zhǔn)確反映道砟在實(shí)際受力過(guò)程中的變形特性；而剛度取值過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致模型過(guò)于柔軟，模擬結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。經(jīng)過(guò)多組模擬試驗(yàn)和分析，確定法向剛度的合理取值范圍為[X1]-[X2]N/m，切向剛度的合理取值范圍為[X3]-[X4]N/m。除了摩擦系數(shù)和剛度外，還對(duì)其他參數(shù)，如顆粒的密度、彈性模量、泊松比等進(jìn)行了敏感性分析。通過(guò)逐一改變這些參數(shù)的值，觀(guān)察模擬結(jié)果的變化情況，分析各參數(shù)對(duì)道砟直剪力學(xué)特性的影響程度。在進(jìn)行參數(shù)敏感性分析時(shí)，采用控制變量法，每次只改變一個(gè)參數(shù)的值，保持其他參數(shù)不變，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)全面的參數(shù)敏感性分析，確定了各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的合理取值范圍，為后續(xù)的數(shù)值模擬研究提供了科學(xué)依據(jù)，保證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，使其能夠更真實(shí)地反映劣化道砟的直剪力學(xué)特性。3.3模擬結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證3.3.1模擬結(jié)果展示與分析通過(guò)數(shù)值模擬，得到了道砟在直剪過(guò)程中的應(yīng)力分布、位移場(chǎng)等力學(xué)響應(yīng)結(jié)果。在應(yīng)力分布方面，模擬結(jié)果清晰地顯示了道砟顆粒間的力鏈分布情況。力鏈?zhǔn)怯傻理念w粒間的接觸力形成的，它在道砟的力學(xué)行為中起著關(guān)鍵作用。在直剪試驗(yàn)初期，力鏈分布相對(duì)均勻，道砟顆粒間的接觸力較為分散，這表明道砟結(jié)構(gòu)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著剪切的進(jìn)行，力鏈逐漸發(fā)生重分布，一些薄弱位置的力鏈開(kāi)始斷裂，而在其他位置則形成了新的力鏈。在接近破壞階段，力鏈集中分布在某些關(guān)鍵區(qū)域，這些區(qū)域承受著較大的應(yīng)力，成為道砟破壞的起始點(diǎn)。從位移場(chǎng)來(lái)看，模擬結(jié)果展示了道砟顆粒在直剪過(guò)程中的位移變化情況。在剪切初期，道砟顆粒的位移較小，且位移分布較為均勻，主要表現(xiàn)為顆粒間的微小相對(duì)滑動(dòng)和調(diào)整。隨著剪切力的增大，顆粒的位移逐漸增大，位移分布也變得不均勻。在道砟試樣的邊緣和剪切面附近，顆粒的位移明顯大于其他區(qū)域，這是因?yàn)檫@些區(qū)域受到的剪切力較大，顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)更為劇烈。同時(shí)，模擬結(jié)果還顯示，不同粒徑的道砟顆粒在位移上存在一定差異，較大粒徑的顆粒位移相對(duì)較小，而較小粒徑的顆粒位移相對(duì)較大，這是由于較小粒徑的顆粒更容易受到周?chē)w粒的影響，在剪切過(guò)程中更容易發(fā)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)模擬結(jié)果的合理性分析主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。首先，模擬結(jié)果與道砟直剪的基本力學(xué)原理相符。在直剪過(guò)程中，道砟顆粒間的相互作用符合接觸力學(xué)理論，模擬結(jié)果中力鏈的形成、演化以及顆粒的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象，都能夠用接觸力學(xué)的相關(guān)原理進(jìn)行解釋。其次，模擬結(jié)果與實(shí)際工程中的觀(guān)察和經(jīng)驗(yàn)相契合。在實(shí)際鐵路道床中，當(dāng)?shù)来彩艿搅熊?chē)荷載等外力作用時(shí)，道砟的力學(xué)行為與數(shù)值模擬結(jié)果具有相似的特征，如道砟顆粒的破碎、位移以及道床結(jié)構(gòu)的變形等。最后，通過(guò)與已有研究成果的對(duì)比，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的合理性。許多學(xué)者在道砟直剪力學(xué)特性研究中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法得到了類(lèi)似的結(jié)果，本研究的模擬結(jié)果與這些成果在趨勢(shì)和規(guī)律上基本一致，進(jìn)一步證明了模擬結(jié)果的可靠性。[此處可插入應(yīng)力分布和位移場(chǎng)的模擬結(jié)果圖片]3.3.2與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證將數(shù)值模擬得到的道砟直剪力學(xué)性能參數(shù)，如抗剪強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系等，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在抗剪強(qiáng)度方面，對(duì)比結(jié)果如圖2所示。可以看出，數(shù)值模擬得到的抗剪強(qiáng)度與試驗(yàn)結(jié)果總體趨勢(shì)一致，隨著法向應(yīng)力的增大，抗剪強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在法向應(yīng)力較低時(shí)，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近，誤差在可接受范圍內(nèi)。然而，當(dāng)法向應(yīng)力較高時(shí)，模擬結(jié)果略高于試驗(yàn)結(jié)果，誤差有所增大。這可能是由于在數(shù)值模擬中，模型的理想化假設(shè)導(dǎo)致對(duì)道砟顆粒間的復(fù)雜相互作用考慮不夠全面，如顆粒間的局部應(yīng)力集中、顆粒破碎后的形狀變化以及顆粒間的咬合和摩擦等因素在實(shí)際試驗(yàn)中更為復(fù)雜，而在數(shù)值模型中難以完全準(zhǔn)確地模擬。在應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系方面，模擬曲線(xiàn)與試驗(yàn)曲線(xiàn)的對(duì)比結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，模擬曲線(xiàn)能夠較好地反映試驗(yàn)曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)，在彈性階段和塑性階段，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合度較高。但在曲線(xiàn)的峰值附近和破壞后的下降階段，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。模擬曲線(xiàn)的峰值相對(duì)試驗(yàn)曲線(xiàn)略高，且在峰值后的下降過(guò)程中，模擬曲線(xiàn)的下降速度相對(duì)較慢。這可能是因?yàn)樵跀?shù)值模擬中，對(duì)道砟顆粒的破碎和破壞過(guò)程的模擬存在一定局限性，實(shí)際試驗(yàn)中，道砟顆粒的破碎是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，涉及到顆粒的斷裂、磨損和相互作用的變化，而數(shù)值模型難以完全真實(shí)地再現(xiàn)這些過(guò)程，導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在破壞階段存在偏差。綜合來(lái)看，數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果在整體趨勢(shì)和主要特征上具有較好的一致性，驗(yàn)證了數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和有效性。雖然存在一些差異，但這些差異可以通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)值模型，如改進(jìn)顆粒形狀模擬、完善接觸模型以及考慮更多的實(shí)際因素等方式來(lái)減小。通過(guò)數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，為深入理解劣化道砟的直剪力學(xué)特性提供了多維度的分析視角，也為后續(xù)的劣化道砟再利用研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。[此處可插入抗剪強(qiáng)度和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的對(duì)比圖片]四、劣化道砟再利用可行性分析4.1再利用的技術(shù)可行性4.1.1劣化道砟性能評(píng)估依據(jù)前文的試驗(yàn)和模擬結(jié)果，對(duì)劣化道砟的物理力學(xué)性能進(jìn)行全面評(píng)估，是判斷其是否滿(mǎn)足再利用基本要求的關(guān)鍵。從物理性能來(lái)看，劣化道砟的顆粒形狀和級(jí)配發(fā)生了顯著變化。通過(guò)試驗(yàn)觀(guān)察和圖像分析可知，劣化道砟的棱角磨損嚴(yán)重，顆粒變得更加圓潤(rùn)。這使得劣化道砟在堆積時(shí)，顆粒間的咬合作用減弱，相互之間的嵌鎖力降低，從而影響道床的整體穩(wěn)定性。在級(jí)配方面，劣化道砟的粒徑分布更加分散，細(xì)顆粒含量明顯增加。篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，與新道砟相比，劣化道砟中粒徑小于[具體粒徑]的顆粒含量增加了[X]%。細(xì)顆粒含量的增加會(huì)導(dǎo)致道床的孔隙率減小，排水性能變差，在雨水等自然因素作用下，容易出現(xiàn)道床板結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)一步降低道床的彈性和承載能力。從力學(xué)性能角度分析，劣化道砟的抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)明顯下降。直剪試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著劣化程度的增加，道砟的抗剪強(qiáng)度顯著降低。在相同法向應(yīng)力下，純劣化道砟的抗剪強(qiáng)度相較于純新道砟降低了[X]%。這意味著劣化道砟在承受外力時(shí)，更容易發(fā)生顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)，難以維持道床的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。抗壓試驗(yàn)結(jié)果也顯示，劣化道砟的抗壓強(qiáng)度降低，在受到較大壓力時(shí)，顆粒更容易破碎，進(jìn)一步加劇道床的劣化。盡管劣化道砟的物理力學(xué)性能有所下降，但通過(guò)合理的處理和評(píng)估，部分劣化道砟仍有可能滿(mǎn)足再利用的基本要求。對(duì)于劣化程度較輕的道砟，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，其物理力學(xué)性能能夠得到一定程度的恢復(fù)，可用于對(duì)性能要求相對(duì)較低的工程部位，如次要線(xiàn)路的道床補(bǔ)砟或道路基層材料等。通過(guò)對(duì)劣化道砟性能的準(zhǔn)確評(píng)估，能夠?yàn)槠湓倮锰峁┛茖W(xué)依據(jù)，確定其合適的再利用途徑和方式，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。4.1.2再利用技術(shù)手段探討常見(jiàn)的劣化道砟處理技術(shù)包括清洗、破碎、篩分和固化等，這些技術(shù)在提升劣化道砟性能方面發(fā)揮著重要作用。清洗技術(shù)是去除劣化道砟表面污垢和細(xì)小顆粒的有效手段。通過(guò)水洗、氣洗等方式，能夠清除道砟表面的灰塵、泥土以及因磨耗產(chǎn)生的粉化顆粒。這些雜質(zhì)的存在不僅會(huì)降低道砟間的摩擦力和咬合力，還會(huì)影響道床的排水性能。清洗后，道砟表面更加潔凈，顆粒間的接觸更加緊密，能夠有效提高道砟的力學(xué)性能。研究表明，經(jīng)過(guò)清洗處理的劣化道砟，其抗剪強(qiáng)度可提高[X]%左右，這為劣化道砟的再利用提供了有力支持。破碎技術(shù)能夠?qū)⑤^大粒徑的劣化道砟顆粒破碎成較小粒徑，改善道砟的級(jí)配組成。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的破碎設(shè)備包括顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)等。通過(guò)控制破碎工藝參數(shù)，如破碎比、破碎次數(shù)等，可以將道砟顆粒破碎到合適的粒徑范圍，使其級(jí)配更加合理。合理的級(jí)配能夠提高道砟的堆積密度，增強(qiáng)顆粒間的相互嵌鎖作用，從而提升道砟的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)破碎處理后，劣化道砟的級(jí)配得到明顯改善，抗剪強(qiáng)度提高了[X]%，在道床補(bǔ)砟等應(yīng)用中能夠更好地發(fā)揮作用。篩分技術(shù)則是根據(jù)道砟的粒徑大小，將其進(jìn)行分級(jí)篩選，去除不符合要求的過(guò)大或過(guò)小粒徑顆粒。通過(guò)篩分，可以將劣化道砟按照不同粒徑范圍進(jìn)行分類(lèi)，以便根據(jù)實(shí)際工程需求進(jìn)行合理利用。對(duì)于粒徑過(guò)大的顆粒，可再次進(jìn)行破碎處理；而粒徑過(guò)小的顆粒則可去除，以避免其對(duì)道床性能產(chǎn)生負(fù)面影響。篩分后的道砟級(jí)配更加均勻，能夠滿(mǎn)足不同工程對(duì)道砟級(jí)配的要求，提高了劣化道砟的再利用價(jià)值。固化技術(shù)是通過(guò)添加固化劑，使劣化道砟顆粒之間形成一定的粘結(jié)力，從而提高道砟的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。常用的固化劑包括水泥、石灰、化學(xué)聚合物等。固化處理后的劣化道砟能夠形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，抵抗外力的能力增強(qiáng)。在一些對(duì)道砟強(qiáng)度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如道路基層材料或鐵路道床的局部加固，固化后的劣化道砟能夠發(fā)揮重要作用。研究表明，經(jīng)過(guò)固化處理的劣化道砟，其抗壓強(qiáng)度可提高[X]%以上，大大拓展了劣化道砟的再利用范圍。通過(guò)綜合運(yùn)用這些處理技術(shù)，能夠有效提升劣化道砟的性能，使其滿(mǎn)足不同工程的應(yīng)用要求，為劣化道砟的大規(guī)模再利用提供了技術(shù)可行性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)劣化道砟的具體情況和再利用的目標(biāo)，選擇合適的處理技術(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)最佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。4.2再利用的經(jīng)濟(jì)可行性4.2.1成本效益分析劣化道砟再利用成本涵蓋多個(gè)關(guān)鍵部分，處理成本是其中重要的一項(xiàng)。在清洗環(huán)節(jié)，使用專(zhuān)業(yè)的清洗設(shè)備，如高壓水槍清洗裝置，其設(shè)備購(gòu)置成本為[X]萬(wàn)元，每年的維護(hù)成本約為[X]萬(wàn)元。假設(shè)處理1噸劣化道砟的清洗用水成本為[X]元，清洗劑成本為[X]元，那么清洗1噸劣化道砟的直接成本約為[X]元。破碎處理時(shí)，采用顎式破碎機(jī)，設(shè)備投資為[X]萬(wàn)元，其每小時(shí)處理能力為[X]噸，能耗成本為每小時(shí)[X]度電，電費(fèi)按每度[X]元計(jì)算，加上設(shè)備磨損成本，處理1噸劣化道砟的破碎成本約為[X]元。篩分過(guò)程中，振動(dòng)篩設(shè)備成本為[X]萬(wàn)元，運(yùn)行成本主要包括能耗和設(shè)備維護(hù)，處理1噸道砟的篩分成本約為[X]元。若采用固化處理，固化劑的成本根據(jù)不同類(lèi)型和配方有所差異，一般每噸道砟所需固化劑成本在[X]-[X]元之間，加上攪拌、養(yǎng)護(hù)等工序成本，固化處理1噸道砟的總成本約為[X]元。運(yùn)輸成本方面，若劣化道砟處理場(chǎng)地距離鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)或其他應(yīng)用場(chǎng)所的平均距離為[X]公里，采用載重[X]噸的運(yùn)輸車(chē)輛，每公里運(yùn)輸成本為[X]元（包括燃油費(fèi)、過(guò)路費(fèi)、車(chē)輛損耗等），則每噸道砟的運(yùn)輸成本為[X]元。隨著運(yùn)輸距離的增加，運(yùn)輸成本會(huì)顯著上升。當(dāng)運(yùn)輸距離增加50公里時(shí)，每噸道砟的運(yùn)輸成本將增加[X]元。新道砟購(gòu)置成本主要包括道砟的開(kāi)采、加工、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的費(fèi)用。目前，優(yōu)質(zhì)新道砟的市場(chǎng)價(jià)格平均為每噸[X]元，其中開(kāi)采成本約占[X]%，加工成本占[X]%，運(yùn)輸成本占[X]%。不同地區(qū)和材質(zhì)的新道砟價(jià)格存在一定差異，如花崗巖材質(zhì)的新道砟價(jià)格通常比石灰?guī)r材質(zhì)的高[X]%左右。通過(guò)對(duì)比分析，當(dāng)劣化道砟處理成本（包括清洗、破碎、篩分、固化等）加上運(yùn)輸成本低于新道砟購(gòu)置成本時(shí)，劣化道砟再利用在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。在距離施工現(xiàn)場(chǎng)較近（如50公里以?xún)?nèi)），且劣化道砟處理技術(shù)成熟、成本控制較好的情況下，劣化道砟再利用的總成本可控制在每噸[X]元左右，相比新道砟購(gòu)置成本每噸可節(jié)約[X]元。這表明，在合適的條件下，劣化道砟再利用能夠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為鐵路建設(shè)和維護(hù)節(jié)省大量成本。4.2.2經(jīng)濟(jì)效益案例分析某鐵路干線(xiàn)在進(jìn)行道床維護(hù)時(shí)，產(chǎn)生了大量劣化道砟。傳統(tǒng)做法是將這些劣化道砟廢棄，并采購(gòu)新道砟進(jìn)行更換。在了解劣化道砟再利用技術(shù)后，該鐵路部門(mén)決定采用再利用方案。他們首先對(duì)劣化道砟進(jìn)行了清洗和篩分處理，去除了表面的污垢和細(xì)小顆粒，調(diào)整了級(jí)配。清洗設(shè)備的購(gòu)置和運(yùn)行成本共計(jì)[X]萬(wàn)元，篩分設(shè)備投入[X]萬(wàn)元。處理后的劣化道砟與一定比例的新道砟混合，用于道床的補(bǔ)砟作業(yè)。混合比例經(jīng)過(guò)嚴(yán)格試驗(yàn)確定，以確保混合道砟的力學(xué)性能滿(mǎn)足道床要求。此次劣化道砟再利用項(xiàng)目，共處理劣化道砟[X]噸，處理成本（包括設(shè)備折舊、能源消耗、人工等）為每噸[X]元，運(yùn)輸成本為每噸[X]元。若采購(gòu)新道砟，其購(gòu)置成本為每噸[X]元。通過(guò)再利用劣化道砟，該鐵路部門(mén)節(jié)省了道砟采購(gòu)成本[X]萬(wàn)元，扣除處理和運(yùn)輸成本后，實(shí)際節(jié)約成本[X]萬(wàn)元。此外，從長(zhǎng)期效益來(lái)看，由于劣化道砟的再利用減少了對(duì)新道砟的開(kāi)采，保護(hù)了道砟資源，降低了因新道砟開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境破壞和資源浪費(fèi)成本。據(jù)估算，每減少1噸新道砟開(kāi)采，可節(jié)約因資源開(kāi)采造成的環(huán)境修復(fù)成本約[X]元。該項(xiàng)目減少新道砟開(kāi)采[X]噸，間接節(jié)約環(huán)境修復(fù)成本[X]萬(wàn)元。同時(shí)，劣化道砟再利用減少了廢棄物排放，降低了廢棄物處理成本，具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。4.3再利用的環(huán)境可行性4.3.1環(huán)境影響評(píng)估在劣化道砟再利用過(guò)程中，粉塵排放是一個(gè)不容忽視的環(huán)境問(wèn)題。在清洗、破碎、篩分等處理環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。清洗過(guò)程中，高壓水流沖擊道砟表面，可能會(huì)使附著在道砟上的細(xì)小顆粒被揚(yáng)起形成粉塵；破碎作業(yè)時(shí)，破碎機(jī)對(duì)道砟顆粒的沖擊和擠壓，會(huì)導(dǎo)致道砟顆粒進(jìn)一步破碎，產(chǎn)生更多的細(xì)粉，這些細(xì)粉在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和物料輸送過(guò)程中容易散發(fā)到空氣中。篩分過(guò)程中，振動(dòng)篩的振動(dòng)會(huì)使道砟顆粒與篩網(wǎng)摩擦，同樣會(huì)產(chǎn)生粉塵。據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未采取有效粉塵控制措施的情況下，每噸劣化道砟處理過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵量可達(dá)[X]千克左右。這些粉塵如果直接排放到大氣中，會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，危害周邊居民的身體健康，可能引發(fā)呼吸道疾病、肺部疾病等。長(zhǎng)期吸入含有大量粉塵的空氣，還可能導(dǎo)致塵肺病等職業(yè)病的發(fā)生。廢棄物產(chǎn)生也是劣化道砟再利用過(guò)程中需要關(guān)注的問(wèn)題。在處理過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些無(wú)法再利用的廢棄物，如清洗過(guò)程中分離出的污泥、雜質(zhì)，以及破碎篩分后不符合要求的細(xì)小顆粒等。這些廢棄物如果處置不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)土壤和水體造成污染。污泥中可能含有重金屬、有機(jī)物等有害物質(zhì)，若隨意堆放，在雨水沖刷下，這些有害物質(zhì)可能會(huì)滲入土壤，導(dǎo)致土壤污染，影響土壤的肥力和生態(tài)功能。有害物質(zhì)還可能隨地表徑流進(jìn)入水體，造成水體污染，影響水生生物的生存環(huán)境，破壞水生態(tài)平衡。若廢棄物中的細(xì)小顆粒進(jìn)入水體，還可能導(dǎo)致水體渾濁，影響水體的透光性和溶解氧含量，對(duì)水生生物的生長(zhǎng)和繁殖產(chǎn)生不利影響。為了有效控制粉塵排放和廢棄物對(duì)環(huán)境的影響，可采取一系列針對(duì)性的措施。在粉塵控制方面，在清洗設(shè)備、破碎機(jī)、振動(dòng)篩等產(chǎn)生粉塵的設(shè)備上安裝高效的布袋除塵器。布袋除塵器通過(guò)過(guò)濾布袋對(duì)含塵氣體進(jìn)行過(guò)濾，使粉塵被攔截在布袋表面，從而達(dá)到凈化空氣的目的。據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果，布袋除塵器對(duì)粉塵的去除效率可達(dá)95%以上。在處理場(chǎng)地設(shè)置封閉的車(chē)間或廠(chǎng)房，減少粉塵向周?chē)h(huán)境的擴(kuò)散。在車(chē)間內(nèi)安裝噴霧降塵裝置，通過(guò)向空氣中噴灑水霧，使粉塵顆粒與水霧結(jié)合，增加重量后沉降下來(lái)，從而降低車(chē)間內(nèi)的粉塵濃度。對(duì)于廢棄物處理，對(duì)清洗產(chǎn)生的污泥進(jìn)行脫水處理，然后將脫水后的污泥運(yùn)至專(zhuān)門(mén)的垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行安全填埋。對(duì)于不符合要求的細(xì)小顆粒，可以進(jìn)行固化處理，使其形成穩(wěn)定的塊狀物，再用于道路基層的填充或其他低要求的工程部位。通過(guò)這些措施的實(shí)施，可以有效降低劣化道砟再利用過(guò)程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，使其滿(mǎn)足環(huán)境可行性的要求。4.3.2環(huán)保效益分析劣化道砟再利用在減少資源開(kāi)采方面具有顯著的環(huán)保效益。道砟的主要原料是天然巖石，傳統(tǒng)的鐵路建設(shè)和維護(hù)需要大量開(kāi)采新的道砟，這對(duì)自然資源造成了巨大的壓力。優(yōu)質(zhì)道砟資源的開(kāi)采不僅會(huì)導(dǎo)致山體破壞、植被損毀，還會(huì)引發(fā)水土流失等生態(tài)問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開(kāi)采1萬(wàn)噸新道砟，大約需要開(kāi)采[X]立方米的巖石，這會(huì)直接破壞大量的自然山體和植被。而劣化道砟的再利用，能夠減少對(duì)新道砟的需求，從而降低對(duì)天然巖石的開(kāi)采量。若每年能夠?qū)崿F(xiàn)[X]噸劣化道砟的再利用，相當(dāng)于減少了[X]立方米的巖石開(kāi)采量，有效保護(hù)了自然生態(tài)環(huán)境，減少了因資源開(kāi)采對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的破壞。在降低環(huán)境污染方面，劣化道砟再利用同樣發(fā)揮著重要作用。若劣化道砟得不到有效處理和再利用，直接丟棄，會(huì)占用大量的土地資源，并且在自然環(huán)境中，劣化道砟中的有害物質(zhì)可能會(huì)逐漸釋放出來(lái)，對(duì)土壤、水體和空氣造成污染。通過(guò)再利用，將劣化道砟轉(zhuǎn)化為可利用的資源，減少了廢棄物的排放，降低了對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)輸過(guò)程中，減少新道砟的運(yùn)輸量，也相應(yīng)減少了運(yùn)輸車(chē)輛的尾氣排放，對(duì)改善空氣質(zhì)量具有積極意義。從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，劣化道砟再利用符合資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的理念，是實(shí)現(xiàn)鐵路行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。它不僅減少了對(duì)自然資源的依賴(lài)，降低了環(huán)境污染，還為鐵路建設(shè)和維護(hù)提供了一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的資源解決方案。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高和可持續(xù)發(fā)展理念的深入貫徹，劣化道砟再利用的環(huán)保效益將愈發(fā)凸顯，對(duì)于推動(dòng)鐵路行業(yè)向綠色、低碳方向發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。五、劣化道砟再利用方案設(shè)計(jì)與案例分析5.1再利用方案設(shè)計(jì)原則與思路5.1.1設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)劣化道砟再利用方案時(shí)，需遵循一系列原則，以確保方案的科學(xué)性、可行性和可持續(xù)性。性能保障原則是首要原則，再利用的劣化道砟必須滿(mǎn)足相關(guān)工程的基本性能要求。對(duì)于用于鐵路道床補(bǔ)砟的劣化道砟，其抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、顆粒形狀和級(jí)配等關(guān)鍵性能指標(biāo)，應(yīng)符合鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在道砟直剪力學(xué)特性研究中，明確了劣化道砟的抗剪強(qiáng)度隨劣化程度的增加而降低，因此在再利用時(shí)，需通過(guò)合理的處理技術(shù)，如破碎、篩分、固化等，提升劣化道砟的性能，使其達(dá)到鐵路道床對(duì)道砟力學(xué)性能的要求，從而保障鐵路道床的穩(wěn)定性和列車(chē)運(yùn)行的安全性。成本控制原則也至關(guān)重要。在劣化道砟再利用過(guò)程中，需對(duì)處理成本、運(yùn)輸成本等進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保再利用方案在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。通過(guò)對(duì)不同處理技術(shù)的成本分析，選擇成本較低且效果較好的處理方法。在清洗技術(shù)中，采用高效的清洗設(shè)備和合理的清洗劑配方，既能有效去除道砟表面的污垢和細(xì)小顆粒，又能降低清洗成本。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，優(yōu)化運(yùn)輸路線(xiàn)，選擇合適的運(yùn)輸工具，降低運(yùn)輸成本。通過(guò)成本控制，使劣化道砟再利用的總成本低于新道砟的購(gòu)置成本，提高再利用方案的經(jīng)濟(jì)效益。環(huán)境友好原則是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。劣化道砟再利用方案應(yīng)盡可能減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。在處理過(guò)程中，采取有效的粉塵控制措施，如安裝布袋除塵器、設(shè)置噴霧降塵裝置等，減少粉塵排放，降低對(duì)空氣質(zhì)量的影響。對(duì)處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，如清洗產(chǎn)生的污泥、不符合要求的細(xì)小顆粒等，進(jìn)行合理處置，避免對(duì)土壤和水體造成污染。通過(guò)環(huán)境友好原則的遵循，實(shí)現(xiàn)劣化道砟再利用與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。5.1.2設(shè)計(jì)思路劣化道砟再利用方案的設(shè)計(jì)思路主要圍繞道砟處理工藝選擇、混合比例優(yōu)化和應(yīng)用場(chǎng)景確定展開(kāi)。在道砟處理工藝選擇方面，根據(jù)劣化道砟的實(shí)際情況，選擇合適的處理工藝。對(duì)于顆粒破碎嚴(yán)重、級(jí)配不良的劣化道砟，優(yōu)先采用破碎和篩分工藝，將較大粒徑的顆粒破碎成合適粒徑，并篩除不符合要求的細(xì)小顆粒，改善道砟的級(jí)配。對(duì)于表面污垢較多、影響道砟間摩擦力和咬合力的劣化道砟，采用清洗工藝，去除表面污垢，提高道砟的潔凈度。對(duì)于強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性較差的劣化道砟，采用固化工藝，添加固化劑，增強(qiáng)道砟顆粒間的粘結(jié)力，提高道砟的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。混合比例優(yōu)化是再利用方案設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)試驗(yàn)研究，確定劣化道砟與新道砟的最佳混合比例。在不同法向應(yīng)力和剪切速度下，對(duì)不同混合比例的道砟進(jìn)行直剪試驗(yàn)，分析混合道砟的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度、變形特性等力學(xué)性能。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，找到既能滿(mǎn)足工程性能要求，又能最大程度利用劣化道砟的混合比例。在某鐵路道床補(bǔ)砟工程中，通過(guò)試驗(yàn)確定劣化道砟與新道砟的混合比例為30:70時(shí)，混合道砟的力學(xué)性能能夠滿(mǎn)足道床要求，且有效降低了道砟成本。應(yīng)用場(chǎng)景確定需綜合考慮劣化道砟的性能和工程需求。對(duì)于經(jīng)過(guò)處理后性能較好的劣化道砟，可用于鐵路道床補(bǔ)砟，直接補(bǔ)充到道床中，恢復(fù)道床的性能。對(duì)于性能稍差但仍能滿(mǎn)足一定要求的劣化道砟，可用于道路基層材料，利用其承載能力和排水性能，為道路提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。對(duì)于一些對(duì)道砟性能要求較低的建筑工程，如臨時(shí)建筑的基礎(chǔ)、圍墻基礎(chǔ)等，也可使用劣化道砟作為建筑骨料，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。5.2具體再利用方案設(shè)計(jì)5.2.1道砟處理工藝流程設(shè)計(jì)劣化道砟處理工藝流程主要包括預(yù)處理、主要處理環(huán)節(jié)和后處理三個(gè)階段，各階段緊密相連，每個(gè)環(huán)節(jié)都有著嚴(yán)格的操作要點(diǎn)，以確保處理后的道砟能夠滿(mǎn)足再利用的要求。預(yù)處理階段的主要目的是去除劣化道砟中的雜質(zhì)和大塊異物，為后續(xù)處理提供相對(duì)純凈的原料。首先采用振動(dòng)給料機(jī)對(duì)劣化道砟進(jìn)行初步篩選，利用振動(dòng)的作用，將道砟中的泥土、雜草、樹(shù)枝等輕質(zhì)雜質(zhì)和一些明顯的大塊異物分離出來(lái)。振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率和振幅可根據(jù)道砟的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，一般振動(dòng)頻率控制在[X]Hz左右，振幅為[X]mm，以保證雜質(zhì)能夠有效分離，同時(shí)避免道砟過(guò)度振動(dòng)導(dǎo)致顆粒破碎。然后通過(guò)皮帶輸送機(jī)將初步篩選后的道砟輸送至除鐵器，去除其中可能含有的金屬雜質(zhì)，如鐵釘、鐵片等。除鐵器的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)金屬雜質(zhì)的特性進(jìn)行調(diào)整，一般磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為[X]高斯，確保能夠有效吸附和去除金屬雜質(zhì)，避免其對(duì)后續(xù)處理設(shè)備造成損壞。主要處理環(huán)節(jié)是提升劣化道砟性能的關(guān)鍵階段，包括清洗、破碎、篩分和固化等步驟。清洗環(huán)節(jié)采用高壓水沖洗和機(jī)械攪拌相結(jié)合的方式，去除道砟表面的污垢和細(xì)小顆粒。高壓水槍的水壓控制在[X]MPa左右，通過(guò)多角度、全方位的沖洗，使道砟表面的污垢充分被沖刷掉。同時(shí)，在清洗池中設(shè)置攪拌裝置，以[X]r/min的轉(zhuǎn)速對(duì)道砟進(jìn)行攪拌，增強(qiáng)清洗效果，確保道砟表面的潔凈度。清洗后的道砟進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理，根據(jù)道砟的粒徑和破碎要求，選擇合適的破碎機(jī)類(lèi)型，如顎式破碎機(jī)或圓錐破碎機(jī)。在破碎過(guò)程中，控制破碎機(jī)的進(jìn)料速度和出料粒度，進(jìn)料速度一般為[X]t/h，出料粒度根據(jù)道砟的再利用需求進(jìn)行調(diào)整，通常控制在[X]-[X]mm之間。破碎后的道砟通過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，根據(jù)道砟的粒徑范圍，選擇不同孔徑的篩網(wǎng)，將道砟按照粒徑大小進(jìn)行分級(jí)。振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率和篩網(wǎng)傾角對(duì)篩分效果有重要影響，一般振動(dòng)頻率設(shè)置為[X]Hz，篩網(wǎng)傾角為[X]度，以保證篩分效率和精度。對(duì)于強(qiáng)度較低的道砟，采用固化處理工藝，添加適量的固化劑，如水泥、石灰或化學(xué)聚合物等。固化劑的添加量根據(jù)道砟的具體情況和再利用要求通過(guò)試驗(yàn)確定，一般水泥的添加量為道砟質(zhì)量的[X]%-[X]%，添加固化劑后，通過(guò)攪拌設(shè)備充分?jǐn)嚢瑁构袒瘎┡c道砟均勻混合，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為[X]-[X]天，養(yǎng)護(hù)期間保持道砟的濕度和溫度適宜，以確保固化效果。后處理階段主要是對(duì)處理后的道砟進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和儲(chǔ)存。質(zhì)量檢測(cè)包括顆粒形狀、級(jí)配、強(qiáng)度等指標(biāo)的檢測(cè)，確保道砟滿(mǎn)足再利用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于顆粒形狀，采用圖像分析技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)顆粒形狀模板進(jìn)行對(duì)比，判斷道砟顆粒形狀是否符合要求。級(jí)配檢測(cè)則通過(guò)篩分試驗(yàn)進(jìn)行，將檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估道砟級(jí)配的合理性。強(qiáng)度檢測(cè)采用抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷道砟的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足再利用的要求。檢測(cè)合格的道砟儲(chǔ)存于專(zhuān)門(mén)的料倉(cāng)中，料倉(cāng)應(yīng)具備良好的防雨、防潮和通風(fēng)條件，避免道砟在儲(chǔ)存過(guò)程中再次受到污染或性能下降。在料倉(cāng)中，道砟應(yīng)按照不同的處理批次和質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行分區(qū)存放，以便于管理和使用。[此處可插入道砟處理工藝流程示意圖]5.2.2再利用道砟的應(yīng)用方案根據(jù)不同的鐵路工程需求和再利用道砟的性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多種應(yīng)用方案，以實(shí)現(xiàn)劣化道砟的有效利用。在道床底層應(yīng)用方面，將處理后的再利用道砟用于道床底層鋪設(shè)。道床底層主要承受來(lái)自上部道床和軌枕的壓力，并將其均勻傳遞到路基上。由于道床底層對(duì)道砟的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求相對(duì)較低，而處理后的再利用道砟在經(jīng)過(guò)清洗、篩分等處理后，其級(jí)配和顆粒形狀得到改善，能夠滿(mǎn)足道床底層的基本要求。在鋪設(shè)過(guò)程中，控制再利用道砟的鋪設(shè)厚度和壓實(shí)度，鋪設(shè)厚度一般為[X]-[X]cm，通過(guò)壓路機(jī)等壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到[X]%以上，以確保道床底層的承載能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，在鋪設(shè)前對(duì)路基進(jìn)行平整和夯實(shí)處理，保證路基表面的平整度和壓實(shí)度，為再利用道砟的鋪設(shè)提供良好的基礎(chǔ)。在邊坡防護(hù)應(yīng)用中，利用再利用道砟進(jìn)行鐵路邊坡防護(hù)。鐵路邊坡容易受到雨水沖刷、風(fēng)化等自然因素的影響，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。將再利用道砟鋪設(shè)在邊坡表面，形成一層防護(hù)層，可以有效防止雨水對(duì)邊坡的沖刷，減少水土流失。在鋪設(shè)時(shí)，先對(duì)邊坡進(jìn)行修整，清除表面的松散土層和雜物，然后將再利用道砟均勻鋪設(shè)在邊坡上，鋪設(shè)厚度為[X]-[X]cm。為增強(qiáng)道砟與邊坡的粘結(jié)力，可在道砟中添加適量的粘結(jié)劑，如水泥漿或?yàn)r青乳液等。添加粘結(jié)劑后，通過(guò)噴灑設(shè)備將粘結(jié)劑均勻噴灑在道砟表面，然后進(jìn)行壓實(shí)，使道砟與邊坡緊密結(jié)合。為提高邊坡防護(hù)的效果，還可在道砟層表面種植一些耐旱、耐瘠薄的植被，如狗牙根、紫穗槐等，通過(guò)植被的根系固定道砟，進(jìn)一步增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。在軌道板下墊層應(yīng)用上，對(duì)于一些對(duì)道床彈性要求較高的鐵路線(xiàn)路，如高速鐵路，可將再利用道砟經(jīng)過(guò)特殊處理后，用于軌道板下墊層。在處理過(guò)程中，對(duì)再利用道砟進(jìn)行嚴(yán)格的篩分和級(jí)配調(diào)整，使其粒徑分布更加均勻，以提高墊層的彈性和承載能力。同時(shí)，添加適量的彈性材料，如橡膠顆粒或聚氨酯泡沫等，進(jìn)一步增強(qiáng)墊層的彈性。彈性材料的添加量根據(jù)軌道板的設(shè)計(jì)要求和再利用道砟的性能通過(guò)試驗(yàn)確定，一般橡膠顆粒的添加量為道砟質(zhì)量的[X]%-[X]%。在鋪設(shè)時(shí)，控制墊層的厚度和壓實(shí)度，厚度一般為[X]-[X]cm，壓實(shí)度達(dá)到[X]%以上，確保墊層能夠?yàn)檐壍腊逄峁┓€(wěn)定的支撐和良好的彈性。5.3再利用案例分析5.3.1案例背景介紹本案例位于某繁忙鐵路干線(xiàn)的[具體路段]，該路段自建成通車(chē)以來(lái)，已運(yùn)營(yíng)超過(guò)20年，每日列車(chē)通過(guò)量高達(dá)[X]列，平均軸重為[X]噸。長(zhǎng)期的高強(qiáng)度運(yùn)營(yíng)使得道床道砟劣化問(wèn)題十分嚴(yán)重。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和采樣分析，發(fā)現(xiàn)該路段道砟的磨損率達(dá)到了[X]%，顆粒破碎率高達(dá)[X]%。在級(jí)配方面，粒徑小于[具體粒徑]的細(xì)顆粒含量從初始的[X]%增加到了[X]%，導(dǎo)致道床的孔隙率減小，排水性能大幅下降。在道床表面，出現(xiàn)了明顯的板結(jié)現(xiàn)象，部分區(qū)域的道床彈性喪失，軌道幾何尺寸出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重影響了列車(chē)運(yùn)行的安全性和舒適性。傳統(tǒng)的處理方式是將劣化道砟全部廢棄，然后采購(gòu)新道砟進(jìn)行更換。然而，隨著道砟資源的日益緊張和環(huán)保要求的不斷提高，這種處理方式不僅成本高昂，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大壓力。為了解決這一問(wèn)題，鐵路部門(mén)決定引入劣化道砟再利用技術(shù)，對(duì)該路段的劣化道砟進(jìn)行處理和再利用，以降低道床維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。[此處可插入該路段道床劣化情況的現(xiàn)場(chǎng)照片]5.3.2方案實(shí)施與效果評(píng)估再利用方案的實(shí)施過(guò)程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程進(jìn)行。首先，利用大型清篩設(shè)備對(duì)道床進(jìn)行清篩作業(yè)，將劣化道砟從道床中分離出來(lái)。清篩設(shè)備采用先進(jìn)的篩分技術(shù)，能夠高效地篩選出道砟中的雜質(zhì)和細(xì)小顆粒，保證回收的劣化道砟具有較高的純度。清篩后的劣化道砟通過(guò)專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)至處理場(chǎng)地，進(jìn)行后續(xù)處理。在處理場(chǎng)地，劣化道砟依次經(jīng)過(guò)清洗、破碎、篩分和固化等處理環(huán)節(jié)。清洗環(huán)節(jié)使用高壓水沖洗和機(jī)械攪拌相結(jié)合的方式，去除道砟表面的污垢和細(xì)小顆粒。高壓水槍的水壓控制在[X]MPa左右，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為[X]r/min，確保清洗效果。清洗后的道砟進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理，根據(jù)道砟的粒徑和破碎要求，選擇顎式破碎機(jī)，控制進(jìn)料速度為[X]t/h，出料粒度在[X]-[X]mm之間。破碎后的道砟通過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率設(shè)置為[X]Hz，篩網(wǎng)傾角為[X]度，將道砟按照粒徑大小進(jìn)行分級(jí)。對(duì)于強(qiáng)度較低的道砟，采用固化處理工藝，添加水泥作為固化劑，水泥添加量為道砟質(zhì)量的[X]%，