ارزیابی عددی رفتار مصالح بالاست مخلوط با خرده لاستیک با رویکرد اجزای مجزا در آزمون جعبه بالاست

مصالح بالاست نقش بسیار مهمی را در روسازی خطوط ریلی ایفا کرده که از جمله مهمترین آن ها، توزیع تنش های رسیده به لایه های زیرین و تامین ارتجاعیت و زهکشی مناسب می باشد. در عین حال یکی از مشکلات اصلی این مصالح، شکستگی تحت تاثیر بارهای عبوری دینامیکی و نیز عملیات زیرکوبی است که در طول زمان و به ویژه برای سنگ های با جنس ضعیفتر، منجر به آلودگی بالا و نیاز به نگهداری و تعمیر فراوان می گردد. یکی از راه حل های اثبات شده برای افزایش دوره عمر مصالح بالاست و کاهش مشکلات نگهداری ناشی از آن، افزودن درصد بهینه ای از خرده لاستیک به بالاست است که به ارتقای رفتار سایشی و دوام مصالح کمک شایانی نموده و موجب شکست کمتر دانه ها می گردد. در این مقاله به بررسی عددی رفتار مصالح بالاست مخلوط با خرده لاستیک به کمک شبیه سازی دو بعدی آزمون جعبه بالاست با رویکرد اجزای مجزا پرداخته شده است. به کمک این مدلسازی عددی در نرم افزار pfc که توسط مطالعه آزمایشگاهی واقعی آزمون جعبه بالاست اعتبار سنجی شده است، ارزیابی تاثیر افزایش بار محوری (سطوح مختلف تنش) و سرعت بهره برداری (فرکانس های مختلف بارگذاری) با انجام مطالعه پارامتری در محدوده درصد بهینه خرده لاستیک پیگیری شده است. بر این اساس، درصد بهینه اختلاط بین مصالح بالاست و خرده لاستیک در شرایط مختلف تنش و فرکانس تعیین شده است، نتایج نشان داد که سطح تنش تاثیر بسیار بالایی را بر نتایج دارد، این در حالی است که تاثیر فرکانس به مراتب پایین تر است. مطابق نتایج حاصل شده همچنین، 5 تا حداکثر 10 درصد وزنی خرده لاستیک به عنوان بهینه ترین درصد اختلاط هم از منظر نشست مصالح و هم از منظر شکست ذرات قابل پیشنهاد می باشد.

Numerical Evaluation of the Behavior of BallastTDA Mixture in the Box Test Using Discrete Element Method

Ballast materials play a very important role in rail tracks, the most important of which is the distribution of stresses to the bottom layers and the provision of proper elasticity and drainage. At the same time, one of the main problems of these materials is particles breakage due to dynamic transit loads as well as tamping operations, which over time, especially for weaker rocks, lead to high fouling and the need for frequent maintenance and repair. One of the proven solutions to increase the service life of ballast materials and reduce the maintenance problems caused by it, is to add an optimal percentage of TDA to the ballast, which helps to improve the abrasion behavior and durability of the material and causes less particles breakage. In this paper, the behavior of ballast materials mixed with TDA is numerically investigated using twodimensional simulation of ballast box test with discrete element approach. Using this numerical modeling in PFC software, which has been validated by actual laboratory study of ballast box test, the effects of increasing axial load (different stress levels) and operating speed (different loading frequencies) are evaluated by performing a parametric study within the optimal percentage range. Based on this, the optimal mixing percentage between ballast and TDA materials in different stress and frequency conditions has been determined. The results showed that the stress level has a very high effect on the results, while the effect of frequency is much lower. According to the results, also 5 to a maximum of 10% by weight of TDA can be proposed as the optimal mixing percentage both in terms of settlement and particles breakage.