动力载荷作用下轨道和路基的振动响应问题是解决高速列车在轨运行安全的关键之一。以往的研究通常只考虑列车移动荷载,但由于地震活动的高频率和广泛分布,实际生活中地震发生时列车在轨运行的几率很大,研究地震-移动载荷作用下轨道和路基的振动响应是保障高速列车在轨安全性的关键问题之一。为此,建立了三向地震和移动荷载作用下无砟轨道-路基-地基相互作用的三维精细化动力有限元模型,研究了不同运行速度(v=50m/s、70m/s、100m/s、130m/s)下移动荷载和地震-列车移动复合荷载激励下路基和轨道振动性能的差异和关系。另一方面,列车运行速度的提高意味着临界速度效应在高速铁路上变得越来越普遍。如果得不到解决,可能会导致列车的安全问题和维护成本增加。本文详细分析了地震-列车移动荷载特征对轨道动力学行为和路基的影响以及瞬态脱轨标准,探讨了高速列车在大地震作用下的临界速度和脱轨机理,考虑的脱轨标准包括轨道横向力与垂直力的比率(脱轨系数)和轨道的横向变形量,以此寻求合理的改进将大地震的风险降到最低。主要研究工作和内容如下:(1)建立了无砟轨道-路基-地基相互作用的三维耦合动力学模型,钢轨和扣件之间设置弹簧阻尼以及复杂的边界条件,黏弹性边界施加在模型的四周和侧面,模拟波从有限场向无限场的传播;列车移动荷载通过编写的DLOAD子程序模拟为一系列运动的轮载单元;地震荷载通过三向加速度的方式施加,抗震烈度设为7度,参考规范将地震加速度最大值转换为0.1 g。(2)模型的振动位移和振动加速度的准确性分别通过退化Euler梁模型的解析解和现场实测数据进行了验证;仅列车移动荷载作用下轨道模型输出的脱轨系数D<1(列车考虑一定安全裕量的不脱轨标准),符合国家相关安全标准,侧面验证了模型的正确性和可行性。(3)在地震-移动荷载的共同作用下,振动位移幅值主要受地震荷载的影响,振动加速度和频谱主要受列车移动荷载的影响。荷载复合作用下,弹性路基的振动位移幅值远小于饱和路基;弹性路基的振动加速度大于饱和路基;弹性路基的脱轨系数和横向变形小于饱和路基。(4)地震-移动荷载作用下模型的临界速度为50m/s(180km/h)。临界速度相对较低,高速列车容易超过临界速度,诱发地波引起轨道结构强烈振动。复合荷载作用下,无论车速如何,都可以观察到类似的脱轨运动。当列车横向变形和脱轨系数严重超过标准时,车辆可能会失去稳定性,甚至脱轨,例如复合荷载作用下50m/s的运行速度。(5)桩承式路基使得钢轨结构的振动位移幅值明显的减小,尤其是在X向和Z向的振动位移,一定程度上可以防止列车发生脱轨或倾覆。不同速度的移动荷载和地震荷载耦合作用下的桩承式路基和自由式路基的轨道和基床振动位移变化趋势相似,但桩承式路基对地震荷载有优异的减振效果。桩承式路基对高速运行列车的脱轨系数有较大的影响,最高可减少42%;对轮轨的横向位移影响较小,一般为20%～30%的结果。