随着高速铁路向400 km · h^-1及更高速度等级迈进，列车运行安全与乘坐舒适性对轨道平顺性提出了更严苛的要求。针对高速铁路常用跨度简支梁桥上轨道平顺性问题，通过构建精细化轨道-桥梁结构有限元模型，阐明梁体徐变上拱引发轨道周期性不平顺的内在机制，进一步提出适用于动力学仿真的桥上轨道周期性不平顺分析单元，并基于建立的更高速度等级车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型，深入研究轨道周期性不平顺对400 km · h^-1运行列车车体响应的影响。结果表明：桥梁徐变变形的增大会直接引起钢轨变形的加剧，二者幅值呈现较为显著的线性相关性，且钢轨变形的峰值始终略低于桥梁徐变的幅值；提出的轨道周期性不平顺计算单元与实测轨道不平顺的波形变化具有更高的一致性；周期性不平顺作用下，车体响应频谱在32 m波长的各倍频处出现明显峰值，最大谱峰出现在2倍频处，即车体对16 m波长的激励更为敏感，导致车体动力响应在32 m波长范围内呈现双峰值特征。研究结论为400 km · h^-1高速铁路的线路状态评估与轨道平顺性控制提供理论支撑。

铁路桥梁全生命期成本分析能够为桥梁设计方案的选择提供更为合理的数据支撑。以1座高速铁路桥梁为例，结合桥梁跨度需求，提出索加劲连续刚构桥和拱加劲连续刚构桥2种设计方案，基于概算分析，对2个设计方案的建设成本进行计算；考虑拉索性能时变规律的不确定性，建立计算桥梁运营中拉索、吊杆体系失效概率的时变模型，确定拉索、吊杆更换时间；针对拉索更换和拱肋涂装等维护行为，计算2种设计方案的运维成本，分析资本时间价值对运维成本的影响；考虑全生命期成本分析中数据和计算模型的不确定性，给出2种设计方案全生命期成本的分布区间。结果表明：桥梁运营期间检测、维修、加固成本对全生命期成本有较大影响，提出的全生命期成本分析方法能够有效预测运营期管养时间，为全生命期成本准确估计提供支撑；在全生命期成本分析过程中，需充分考虑建设及运营过程的不确定性及成本的时间价值；对于案例桥梁，从全生命期成本角度来看，索加劲连续刚构桥设计方案更具优势。

为进一步强化高铁在应对自然灾害、周界入侵/异物侵限及外部环境安全等风险时的智能识别、评估预警与主动防控能力，以高铁运行环境安全主动控制理念为指引，提出1种高铁运行环境安全主动感知与预警方法。通过分析高铁运行环境安全主要影响因素的作用机理及时空演化规律，揭示多种风险源对行车安全的扰动机制。在此基础上，设计全时空场景下高铁运行环境安全态势感知方法，涵盖气象灾害精细化预测、多模态融合的周界入侵/异物侵限别和空天地协同的外部环境隐患智能感知，进而构建相应的智能评估预警模型，并制定主动控制及应急处置策略。结果表明：大风精细化态势感知的风速预报准确率达93%；与现有同类智能方法相比，报警信息从系统产生到超视距车载终端显示的传输时延从2.364 s缩短至1.651 s。该方法可为工程化应用提供系统化解决方案，具有良好的工程化应用前景。

随着我国西部建设的不断推进，对复杂地形条件下桥梁基础承载机理与设计方法的研究日益重要。围绕山区铁路桥梁嵌入式基础的受力特性与结构设计，研究组合荷载作用下边坡岩体的潜在破坏模式，建立斜坡地形条件下嵌入式基础-岩体体系的理论计算模型，揭示基础与边坡岩体之间的相互作用机理；在此基础上，结合极限平衡理论，推导斜坡条件下竖向嵌入式基础与拱座倾斜嵌入式基础的极限承载力计算式，并对忠建河特大桥嵌入式基础的设计合理性进行验证。结果表明：竖向嵌入式基础的主要破坏模式为桩端岩体的整体剪切破坏，随着坡外剪力和弯矩荷载的增大，基础-岩体体系易发生水平剪切破坏；拱座倾斜嵌入式基础的主要破坏模式则为桩端与桩侧的联合破坏，桩基上部区域受荷载变形显著，呈现柔性特征，而下部区域以刚性变形为主；依据验算结果，2类基础的设计参数均满足承载要求。研究成果为山区桥梁基础设计和稳定性分析提供了理论依据与工程参考。

随着铁路行业快速发展，客运任务持续增加，客站面临日益严峻的客流安全问题。为实时监测客流动态、精细化解析客流多粒度特征，提出1种基于视频分析技术的客站多粒度动态客流评估（MYDC）模型。首先，构建铁路客运站客流数据集；其次，设计基于YOLO和判别式相关滤波（DCF）跟踪算法的旅客客流细粒度特征感知网络，并改进面向客站的自适应人群定位Transformer（CLTR）模型，以捕捉客流整体分布的粗粒度特征；最后，基于客流的物理属性及其微观与宏观特征，构建多注意力时空图卷积网络（MASTGCN），挖掘客流的时空动态趋势，评估站内客流安全风险等级。结果表明：细粒度特征的提取累计误差为6.9%，粗粒度特征的识别精确率为89.1%，客流安全评估模型的召回率为87.5%。该模型可为客流管理提供精准的数据支撑，具有较强的工程应用价值。

通过三维CFD数值仿真方法，研究400 km · h^-1速度级的CR400动车组在隧道内单车通过及双车交会时，隧道壁面及车体表面横纵方向的气动压力时空分布规律，量化隧道壁面及车体表面负压区域及边界条件。结果表明：隧道内气动压力可与车型及列车速度、隧道长度等参数关联，形成理论模型；不同车型以400 km · h^-1速度单车通过隧道时，作用于隧道壁面气动压力峰值差异有限，相较于CR400BF动车组，CR400AF动车组的气动压力正峰值仅增加1.1%、气动压力负峰值仅增加0.9%；动车组表面气动压力在横、纵方向上均表现出较高的均匀性，单车通过和双车交会时，同一时段下车体表面均基本处于同一压力状态；不同隧道长度下，动车组速度为400 km · h^-1时，单车通过隧道时隧道中心处膨胀波负压与动车组车体自身负压相互叠加，车身承受的气动压力负峰值达-4.60 kPa，隧道内不同位置双车等速交会时，最大负压出现在隧道中心交会工况，气动压力负峰值达-9.68 kPa；隧道中心双车等速交会时，存在导致交会负压区域内负压效应显著加强的不利速度边界。

针对时速400 km高速铁路隧道洞口微气压波危害加剧的工程问题，为探明实际地形与缓冲结构耦合作用下的微气压波辐射特征，采用三维非定常可压缩流动的Navier-Stokes（纳维-斯托克斯）方程和SST k-ω湍流模型，以隧道断面当量直径D（10 m）为特征尺度，系统研究隧道出口简单平地与半堑半堤实际地形在有无缓冲结构工况下的微气压波峰值、波形、衰减规律及空间指向性等辐射特征。结果表明：缓冲结构通过侧开孔提前辐射微气压波，有效降低了隧道洞口轴向（隧道线路正前方，方位角θ=0°）的微气压波强度；缓冲结构在2D处可有效降低峰值并改变其波形，但在8D处则引起峰值增大，且对展向方向（如θ=+45°，+90°）的微气压波具有增强作用；地形变化对隧道轴向微气压波影响相对较弱，但显著影响两侧区域：路堑处（θ>0°）微气压波峰值大于简单平地，路堤处（θ<0°）峰值最低，路堑斜坡对堑顶以下位置微气压波产生聚集效应，而路堤则使传播路径分散，导致峰值降低；微气压波沿隧道轴向的衰减程度最小，且随方位角θ增大衰减显著加快，相同方位角下路堑处的衰减程度大于路堤；微气压波的指向性受缓冲结构和实际地形的显著影响，当传播距离达到5D时，缓冲结构影响可忽略，此时地形主导指向性，即简单平地呈现轴向指向性，半堑半堤地形则因路堑聚集与路堤分散效应而呈现［0°，+45°］区间指向性。研究结果可为时速400 km高速铁路隧道洞口缓冲结构优化设计及洞口区域的地形处理提供理论依据。

为探究浆液流变性对壁后注浆过程的影响，首先，采用旋转黏度计测试不同配比下水泥基浆液的流变行为，分析不同配比对流变参数的影响；然后，结合Herschel-Bulkley模型和流体模拟软件，建立壁后注浆数值模型；最后，探究注浆孔位置和数量、注浆压力、浆液配比等因素影响下的注浆过程和注浆效果。结果表明：屈服应力和稠度系数主要受水胶比影响，但水胶比超过0.85后影响减弱；流变指数受水胶比、膨水比和灰粉比影响均较为明显，但规律性较差；浆液填充过程中只有顶部区域经历4阶段演化，其余区域均为2阶段；拱顶附近布设注浆孔可提高顶部区域填充效果，增加注浆孔数量可加快浆液填充速度，但会降低快速增长阶段的浆液总体积；增大水胶比或减小膨水比均可减小屈服应力，从而提高填充速度与填充量；增大浆液密度会延缓前期填充，但有利于增大后期浆液总体积；中部注浆孔压力较大会抑制后期填充速度与填充量，为实现较好的填充效果，应做到上部注浆孔压力最大、中部注浆孔压力最小。

25 Hz相敏轨道电路存在迂回回路不能用于检查断轨的问题，受此影响现场运营长期未能明确断轨状态下受端电压的变化规律。为排除安全隐患提供理论基础，基于多导体传输线（MTL）建模方法，将25 Hz相敏轨道电路迂回回路上的多个区段等效为1个迂回区段，采用六端网络分析断轨区段和迂回区段的电压和电流关系，通过扼流变压器（IB）和大地形成断轨区段和迂回区段的耦合电路，建立25 Hz相敏轨道电路迂回回路模型，得到MTL方程；基于变压器互感电路原理，分析断轨区段送端和受端IB的电压和电流关系，推导IB边界条件参数矩阵，求解得到25 Hz相敏轨道电路断轨状态下沿线电压和电流，提出基于IB边界条件的解耦算法；在通过实验室和现场验证迂回回路模型和解耦算法正确性的基础上，满足断轨状态下迂回回路受端电压不为0 V的前提，分析IB连接方式、断轨位置、道床漏泄和横向连接距离等不同参数对受端电压的影响。结果表明：在IB全连接区段，断轨位置越靠近区段中部，道床电阻越大，受端电压越高；在送端或受端IB连接断开的区段，断轨位置越靠近IB连接的一端，受端电压越高；道床电阻增大，受端电压先升高后降低；横向连接距离超过2 km后，受端电压几乎不会变化，可将该值设为横向连接距离参考值；断轨状态下受端电压越高越不利于断轨检查，应对IB全连接的区段采用受端电压降为40%、送端或受端IB连接断开的区段采用断开IB连接端单侧钢轨连接线等方式测试断轨检查。

为优化我国铁路救援列车布局以提高铁路应急救援效能，在弧段风险量化的基础上，对遗传-模拟退火混合算法进行改进。首先，构建多维度路网风险量化评价指标体系，运用熵权-TOPSIS法对路网各弧段进行风险量化评价，并结合覆盖理论，构建以路网救援覆盖率、救援时间满意度和救援列车布局成本为目标的铁路救援列车最优布局模型；其次，设计多阶段自适应模拟退火遗传算法（MP-ASAGA）对模型进行求解，将求解过程分为重点搜索全局最优解的探索阶段和重点加速收敛的开发阶段，在各阶段采取不同进化策略提升算法的求解性能；最后，以我国某铁路局的实际路网数据为案例进行计算验证。结果表明：与案例中路局的原布局方案相比，运用所提方法求解得到的铁路救援列车最优布局方案的路网救援覆盖率提升8.99%，救援时间满意度提升11.62%。该方法可为铁路救援列车的布局优化及救援效能提升提供相应的理论支持。