在无砟轨道服役过程中,由于列车荷载、温度变化及雨水侵蚀等多种复杂因素,轨道结构会不可避免的出现各类伤损,其中较为典型的是层间离缝和冒浆。当雨水进入离缝内,在列车荷载作用下产生动水流速及压力。流速会对混凝土表面产生剪切作用,水压力则会产生拉压作用。当以上作用破坏混凝土细微颗粒间联结力时,颗粒将脱离基体,而脱离的颗粒又会随流体运动,对混凝土表面产生冲蚀磨损,导致混凝土颗粒进一步脱离,形成脱空等严重病害,严重影响行车安全性与平稳性,降低轨道结构寿命。因此开展无砟轨道层间离缝内水流运动特性及冲蚀机理研究,对无砟轨道养护维修工作具有重要参考意义。本文通过开展混凝土层间离缝水流速度测量模型试验,建立层间离缝水流速度有限元计算模型,并建立考虑混凝土粗糙表面的层间离缝有限元细部冲蚀模型,以理论计算与试验测量相结合的方式,对动荷载下混凝土层间离缝内水流分布特性及冲蚀作用展开系列研究。首先,本文设计了混凝土层间离缝水流速度测量模型试验,基于皮托管测量流速的原理,提出了无砟轨道层间离缝内动水流速的测量方法,设计了装配式可调节钢板工装,并对层间离缝内不同测点动水流速进行了测量。然后,基于流固耦合理论建立了层间离缝水流速度有限元计算模型,并与测量结果进行对比分析,结果表明:离缝出口处流速最大,端部流速最小,且在出口附近流速沿程变化较快;流速受加载频率、加载幅值以及离缝高度等多种因素的影响;测量值与计算值的分布趋势基本一致,本文所建立的流固耦合计算模型可用于评估动荷载下混凝土层间离缝内动水流速分布特性。最后,基于固液两相流及冲蚀理论建立了考虑混凝土粗糙表面的层间离缝有限元细部冲蚀模型,对颗粒运动特性及冲蚀作用机理进行探究,对混凝土层间冲蚀形态进行预测,结果表明:颗粒运动轨迹主要受流体速度及离缝高度影响,在最高粗糙峰位置,颗粒与混凝土壁面发生最多次碰撞;最大冲蚀率出现在最高粗糙峰位置,且受流速、离缝高度及颗粒浓度等多因素的影响;剪切应力是引起无砟轨道层间离缝混凝土冲蚀的主要原因;层间离缝混凝土的冲蚀率与距出口距离呈二次方关系。