近年来,我国高速铁路大力建设,截止2018年底,中国高铁营业里程达到2.9万公里,超过世界高铁总里程的三分之二,成为世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家。同时,中国又是一个地震频发的国家,地震活动分布范围广、频度高、强度大。高速铁路线路密集、发车时间间隔短,导致地震发生时,高速列车在轨运行机率大大增加,列车脱轨风险增大。因此,本文建立地震-列车移动荷载耦合作用下轨道-路基-地基动力相互作用的三维有限元模型,计算分析轨道、路基和地基的环境振动特性。主要内容包括:(1)建立轨道结构-路基-地基三维有限元模型,编写DLOAD子程序将列车荷载单元与ABAQUS嵌套,实现列车移动荷载的施加;在模型底部施加地震水平加速度模拟地震荷载;在模型侧面施加黏弹性边界,模拟波从有限域向无限域的传播,大大减小模型单元数目,缩短计算时间和工作量。对比基床表层顶面竖向动应力和动位移幅值,验证本文所建模型的有效性。(2)计算移动荷载作用下桩承式路基中轨道和路基各层在不同条件下的位移幅值、加速度和频谱。结果表明轨道竖向位移幅值较大,水平位移幅值较小,竖向位移幅值约为水平位移幅值的16倍;轨道在水平向主频主要为高频振动,竖向主频分布较广,低频、中频和高频皆有分布;与自由式路基相比,桩承式路基位移幅值明显减小,约为自由式路基位移幅值的45%～60%。(3)建立地震荷载作用下桩承式路基的三维有限元模型,分析桩径、桩长、桩身弹性模量、桩间距和路堤高度等参数对桩承式路基地震反应的影响。计算结果表明,桩径为0.8m、桩长为8～10m、桩间距为2m、桩身弹性模量为20GPa时抗震性能最佳,且路堤高度不宜超过3m。(4)建立地震-列车移动荷载耦合作用下轨道-路基-地基相互作用的三维有限元模型,计算轨道、路基各层的位移幅值、加速度和应力时程。轨道和路基各层的位移幅值主要受地震荷载控制,加速度主要受列车荷载控制。随着列车轴重的增加,轨道和路基的加速度逐渐增大,位移幅值逐渐减小。随着列车速度的增大,轨道和路基的位移幅值先减小后增大,轨道加速度随着列车速度增加先增大后减小,列车速度达到100m/s后轨道加速度又呈增大趋势;路基各层的振动加速度表现为先减小后增大,列车速度达到70m/s后减小,与轨道的振动规律相反。