我国城市轨道交通的建设规模迅速扩大,所引起的环境振动问题也日益突出。利用已有基础理论成果,揭示地铁列车荷载作用下轨道、衬砌和周围饱和土体的振动机理,准确预测地铁运行引起周边环境振动,具有非常重要的现实意义,相关的研究成果可以为线路设计、轨道设计、隔振减振设计等提供依据和标准。在我国沿海地区,大量地铁建在饱和软土地基中,采用饱和介质理论模拟地铁周围土体比较接近实际情况。本文基于Biot饱和多孔介质理论,以地铁荷载、轨道系统、衬砌隧道以及周围饱和土体为研究对象,首次用解析方法较为系统地研究了地铁列车作用下轨道-衬砌-饱和土体耦合振动的动力特性。开展了如下研究：1.采用Biot饱和多孔介质模型来模拟土体,以解析方法研究了饱和土体全空间中无衬砌圆形隧洞在移动点荷载作用下的三维动力响应。引入两类势函数来表示土骨架的位移和孔隙水压力,使用Fourier变换方法,在不同环向模态下利用修正Bessel方程来求解各势函数,结合边界条件,得到频率-波数域内位移及孔隙水压力的解答,最后进行双重Fourier逆变换得到时间-空间域内的响应解。计算了饱和土体位移响应随速度变化的曲线及空间分布等,并根据算例结果分析了荷载速度、土体渗透性等对土体位移响应的影响。2.采用无限长圆柱壳来模拟衬砌,采用Biot饱和多孔介质模型来模拟土体,以解析方法研究了全空间饱和土中圆形衬砌隧道在简谐点荷载作用下的三维动力响应。根据外荷载特征,直接将外荷载和位移展开成波传播形式,对饱和土体采用与之前类似的处理方式,结合边界条件,求得了位移及孔隙水压力的解答。计算了隧道周围土体中一点、隧道仰拱及其下方土体的动力响应,并根据计算结果分析了荷载振动频率和土体渗透性对土体和衬砌位移响应及土体孔压的影响。3.以解析方法研究了饱和土体全空间中圆形衬砌隧道在移动简谐点荷载作用下的三维动力响应。结合之前两部分的工作,使用Fourier变换方法,求得了位移及孔隙水压力的解答。计算了隧道衬砌及周围土体响应的空间分布及频谱曲线等,并根据算例结果分析了荷载速度、荷载振动频率、土体渗透性、模量等对位移及孔压的影响。4.在之前工作的基础上,首次以解析方法建立了“轨道结构-衬砌-饱和土体全空间”耦合的三维动力响应模型。将荷载模拟成单个移动简谐点荷载和一系列符合列车空间尺寸的移动荷载。在频率-波数域内,联立轨道结构动力方程和仰拱处的位移频率响应函数,获得钢轨、轨道板、隧道仰拱处的位移以及轨道板与衬砌之间的作用力。再利用所求位置的频率响应函数和轨道板与衬砌之间的作用力,获得变换域中隧道结构和土体的位移、孔压。最终通过双重Fourier逆变换,可得到钢轨、轨道板、隧道结构、饱和土体的时域响应。研究了荷载移动速度、荷载振动频率、土体渗透性等对轨道、衬砌及饱和土体响应的影响。