轨道交通荷载作用下路基和地基的动力行为主要体现为振动和沉降。随着东南沿海饱和软土地区轨道交通设施的大力建设以及列车运行速度的提高,轨道交通引起的振动和沉降问题日益突出,交通荷载作用下软土地基的动力响应和沉降也成为交通岩土领域倍受关注的课题。目前,交通荷载在弹性地基上的动力响应已有了丰富的研究成果,但国内外关于饱和地基相关的理论和试验研究均十分有限。本文以高速铁路和城市地铁为研究对象,基于Naiver和Biot两大弹性波动理论,采用2.5维有限元数值手段与线路现场测试相结合的方式,系统地研究了交通荷载作用下轨道-路基(隧道)-地基的动力响应。本论文主要研究工作和研究成果包括:1.基于Naiver弹性波动理论,推导了弹性地基上的车-轨-路耦合2.5维有限元控制方程,建立有砟轨道,无砟轨道的2.5维有限元分析模型并验证其有效性;实测结果表明:按照我国设计标准建造的有砟轨道路基表面动应力强度远大于无砟轨道,线路状态良好的有砟轨道路基表面动应力约为同等情况无砟轨道路基表面动应力的6倍;数值计算结果表明,当轨道下方的路基-地基尺寸和参数相同时,有砟轨道路基表面振动幅值是无砟轨道的1.1倍左右,路基表面动应力是无砟轨道的1.3倍以上;相较于有砟轨道,无砟轨道路基表面的动应力分布更均匀,是一种能有效控制路基振动和沉降,更加优化的轨道结构形式。2.对于线路状态良好的轨道,当列车运行速度低于150km/h时,可以采用平顺轨道模型进行路基动应力的预测,但对于高速运行的线路必须考虑轨道不平顺的影响;按照规范建造的线路在运营初期能够满足我国现有路基动应力控制标准。3.路基结构可以显著提高软土地基上轨道-路基-地基系统的临界速度,提高的幅度随着地基刚度的增加而减小;1.2 m的路基就可以有效提高系统的临界速度,但随着路基厚度的减小,路基表面振动会显著增大;因此,路基的设计应从线路运行速度和振动控制两方面出发,实现经济又安全的设计。4.基于Biot动力固结理论,推导了饱和地基的2.5维有限元控制方程,采用荷载移动速度与土体渗透系数的比值c/kD来描述交通荷载作用下荷载移动速度和土体渗透系数对超静孔压响应的影响;分析发现:在高铁正常车速范围内(200km/h-360km/h),当饱和土渗透系数大于10-3m/s,则列车运行不会在饱和土中引起超静孔压响应,可当做弹性地基处理;当饱和土渗透系数小于2×10-6m/s,则该速度范围内的任意速度都会引起显著的,大小相等的超静孔压;对于运行速度低的地铁荷载,对应的渗透系数为10-7m/s;饱和土中剪应力的大小以及剪应力与正有效应力的比值与土体渗透系数无显著相关性,主要由荷载移动速度决定;列车通过的过程中超静孔压会出现累积,累积值先随着c/kD的增大而增大,达到最大值后又随着c/kD的增大而减小。5.在宁波地铁1号线开展了全断面动力响应的系统性测试,测试结果表明:交通荷载的移动效应会带来动力放大效应,使轮轨接触力大于静轴重;轮轨力响应的频率特征是由列车速度和相邻转向架的间距共同决定;采用直连轨道的地铁轨道振动在道床表面呈均匀分布,振动幅值取决于车速;实测道床表面振动的主要频率成分都在85 Hz以下;交通荷载会在隧道底部饱和土内造成残余孔压,并且随列车通过次数的增加,饱和土中的残余孔压会逐渐累积。6.通过建立宁波地铁测试断面的2.5维有限元分析模型,发现地铁荷载在单相弹性地基和饱和地基中引起的振动在距离振源较近的区域差别较小,但通过弹性地基传至地表的振动比通过饱和地基的大;地铁荷载在隧道周围饱和土中引起的超静孔压值均小于1 kPa,因而在弹性地基和饱和地基中引起的竖向动应力(有效应力),剪应力值几乎无差别。7.建立了 2.5维有限元结合微分求积法(HDQM)一维固结理论的分析模型,揭示了交通荷载长期作用下地铁隧道底部饱和土中残余孔压先随时间累积,达到最大值后又消散的规律;残余孔压累积值随着深度的增加而增大,并且残余孔压累积到最大值所需的时间随着深度而延长;对于宁波地铁测试断面,在地铁运行一个月左右,隧道底部黏土层中累积的残余孔压达到最大值8.19kPa;经过33个月,黏土层的最终稳定固结度为55%,其中,在宁波地铁投入运营后的第一年固结发展最为迅速。