列车运行会对周边环境产生振动和噪声污染,包括对周边的居住人群、建筑结构物、精密仪器,既有线路,古代建筑群等产生影响,随着地铁网络密集度不断增加,列车振动引起的环境问题成为国内外关注的热点。城轨交通中地铁列车引起的振动,是一个车辆-轨道-隧道-地层的整体系统。其中车辆簧下质量直接影响轮轨接触力,是激发振动的主要振源;隧道结构和地层是振动传播的主要介质。各子系统相互作用、相互耦合,使得地铁列车振动问题异常复杂,必须将理论解析、实地测试和数值模拟有效地结合起来,才能取得良好的结果。因此,本文在国家自然科学基金重点项目“城市轨道交通引起的环境振动及防治对策研究(项目编号:50538010)”和“地铁列车运行引起的隧道及自由场动力响应数值预测模型研究(项目编号:50848046)”的支持下,采用理论分析、现场测试和数值模拟等多种研究手段,得到基于解析的车轨耦合模型,并针对北京地铁5号线的地表振动响应测试,采用MIDAS/GTS软件建立三维动力有限元数值模型进行了仿真计算,对比验证计算模型的正确性与可靠性,并分析了列车振动荷载下地表的动力响应规律,进而通过正交试验法进行数值模拟,对地表振动的影响因素进行了大量的参数分析,取得了以下主要研究成果:(1)从理论的角度建立了一个基于解析的车辆.轨道耦合模型系统,该系统考虑整车模型、无限长轨道结构、轨道不平顺、轮轨接触等因素。在车轨耦合的无限长轨道结构中,通过轨枕的周期性,将无穷域时间空间的积分问题转换为“车轨耦合基本单元”频率域分量的叠加问题,得到了轨道结构任意观察点的动力响应的解析解,从而可以获得了任意行车速度、任意车型荷载、任意轨道结构下的列车动荷载计算的通用理论模型;整个求解过程都是在解析推导下完成的,各物理量均用矩阵和向量来表示,并且在波数.频域内进行的,这对分析整个系统结构的动力响应的频率特性提供了很大方便。(2)编制了完善的车轨耦合解析模型软件包TMCVT,通过计算值与实测值的对比,验证了该软件计算结果的正确性。从而可以方便的研究车辆和轨道相互作用的动力问题。(3)以北京地铁5号线宋家庄.刘家窑区段为背景,进行不同线路条件(圆曲线、缓和曲线、直线),不同扣件型式(DTVI2扣件、Vanguard扣件)的地表振动现场测试,随后通过建立的隧道-地层系统有限元分析模型,从时域、频域以及振动衰减规律多个角度,分析了其地表的振动响应,并与实测资料进行对比,验证了预测模型的可靠和合理性。(4)根据建立的理论模型和有限元模型,采用正交设计的方法,对振动的各影响因素进行参数分析。应用4因素3水平的正交表得到的9种解析荷载,作为激励源作用在隧道.地层动力有限元数值模型上,分析其计算结果,得到地表的振动响应特性及传播规律,研究了不同参数下(轨面埋深,扣件型式,行车速度,隧道犁式)对地表振动影响的显著件辉席。