随着列车运行速度的提高,轨道和地基的振动也随之增大。特别是因为轨道和地基结构中临界速度的存在,当列车运行速度提高到一定程度时,轨道和地基中会出现振动急剧增大的现象,即发生共振现象,这个问题对列车的安全运行构成了巨大威胁。同时轨道振动通过波的形式在地基中传播到达铁路沿线居民区和生产厂区,给居民正常生活和机械精密加工带来干扰已经。这些问题引起了铁路工程师和研究者的广泛注意。本文用解析推导和数值模拟两种方法从不同的角度对高速列车运行时带来的冲击荷载作用下铁路轨道和地基的动力相互作用以及铁路沿线地基的振动等问题进行了比较详尽的探索和研究。 本文首先用解析方法推导了冲击荷载作用下分层地基的动力响应方程,对波的产生及其在地基中的传播以及在观察点处的位移响应进行了讨论分析。在此基础上用移动格林函数方法考察了地基表面和内部作用移动点荷载时的动力响应解析解。这两个模型都只注重波在地基中传播特性或荷载移动的影响等单一因素的作用,避免引入列车荷载本身特性和轨道结构振动等复杂条件的影响。 本文提出了动力子结构方法来对列车—轨道—地基整体系统进行建模和求解,特别考虑了引入枕轨后产生的离散支撑作用。本文使用传递矩阵来考虑分层土体和半无限空间土体对轨道的支撑作用,结合用格林函数表示的轨道在移动荷载作用下的变形表达式,得到整个系统在频域中的支配方程。解得的轨道变形可以直接用于评价轨道在列车荷载作用下的振动变形;而将轨枕和地基之间的相互作用力反向代入地基的运动方程后可以得到地基的振动响应。所有的解析过程在频率中实现,对时域中振动变形的解答则通过傅里叶逆变换得到。通过与Kelvin地基模型的结果比较,可以知道在计算高速列车荷载作用下轨道和地基的振动问题时,必须考虑波在地基中的传播过程,否则就不能准确预测和解释轨道可能产生的共振问题。轨枕在轨道地基结构中十分重要,列车的移动荷载通过离散分布的轨枕转化为位置固定的冲击荷载传递到地基中。通过计算可以知道列车在低速运行时产生的轨道和地基变形是准静态的,在周围地基中衰减很快。而在高速运行的情况下,尤其当列车速度接近Rayleigh波在地基中的传播速度时,轨道和