沙粒侵入有砟道床会严重威胁其长期稳定性与行车安全。基于风洞试验与粒子图像测速技术，通过系统测量并分析沙粒运动的速度场、方向分布及通量输运的时空演化特征，研究风沙环境中铁路有砟道床周围沙粒的运动规律。结果表明：风沙流在穿越道床-钢轨系统时，其流场结构发生显著改变，呈现明显的速度分层与流动方向重构现象；沙粒运动方向沿程经历集中、偏转、混沌和恢复的典型演化过程，其方向集中度由迎风侧的0.959下降至轨间区域的0.200，并于背风侧回升至0.639；沙粒通量沿程衰减约48%，近地层沉积效应显著，各测量位置中向下运动的沙粒占比普遍高于60%。有砟道床通过能量耗散和筛选作用双重机制影响风沙输运，能量耗散持续削弱气流挟沙能力，筛选作用则促进沙粒在道床内部沉积。

针对轮胎衍生骨料（Tire-Derived Aggregate，TDA）对钢渣道砟劣化影响研究不足的现状，通过洛杉矶磨耗试验探究不同TDA含量对钢渣道砟劣化的抑制机理。首先，采用洛杉矶磨耗率、脏污指数及破碎率分析TDA含量对钢渣道砟劣化的影响；然后，根据掺入不同TDA含量的钢渣道砟在试验前后的二维图形信息，采用图形分析法，从微观尺度研究钢渣道砟表面纹理和棱角性等特征指标的变化规律，并分析掺入不同TDA含量条件下钢渣的劣化机理。结果表明：当TDA含量由0%增至10%时，钢渣道砟的洛杉矶磨耗率、脏污指数均快速减小（降幅分别为33.1%和37.4%），而当TDA含量由10%增至20%时，洛杉矶磨耗率、脏污指数仅轻微降低（降幅分别为8.5%和8.6%），但破碎率却始终呈线性减小的变化规律（平均降幅为17.7%），即TDA含量的增加增强了钢渣道砟的抗劣化性能；在微观尺度上，TDA的掺入通过耗散冲击能量、降低应力集中，增强了钢渣微观棱角与粗糙度的保留能力，而在宏观上表现为洛杉矶磨耗率、脏污指数、破碎率的下降，即抗劣化性能得到了提升。

针对高速铁路钢轨轨距角易因过量打磨产生负偏差导致轮轨等效锥度降低，从而影响动车组运行平稳性的问题，提出了一种考虑打磨偏差的钢轨廓形优化方法。首先，以某高速铁路为例，对打磨后实测钢轨廓形的偏差进行统计分析，揭示打磨偏差分布特征，并通过车辆动力学仿真验证负偏差对轮轨匹配性能的不利影响；其次，将实测打磨廓形划分为训练集和验证集，以退化廓形与60N廓形偏差控制在-0.2~+0.2 mm范围内、名义等效锥度不小于0.034为约束条件，以LM_A型车轮与优化廓形匹配的接触应力不高于LM_A-60N组合为优化目标，采用遗传算法对60N廓形的7个特征参数进行优化，获得优化廓形及考虑过量打磨引起负偏差后的退化廓形；最后，通过轮轨接触分析和车辆动力学计算，对优化廓形和退化廓形的性能进行验证，并与标准60N廓形及现场实测的2组打磨廓形进行对比评估。结果表明：在轨距角附近区域（16°~45°），廓形偏差以负偏差为主，主要分布在-0.8~0 mm区间，均值约为-0.4 mm，过量打磨问题较为突出；与标准60N廓形相比，优化钢轨廓形与LM_A型车轮匹配时名义等效锥度提升至0.036，轮轨最大接触应力降低14%，动力学性能相当，车体横向振动加速度有所改善；退化廓形与60N廓形的偏差控制在-0.2~+0.2 mm范围内，名义等效锥度为0.034，满足设计约束条件，有效解决了等效锥度过低的问题；与现场实测的2组打磨廓形相比，退化廓形在动力学性能和接触力学性能方面均表现出显著优势，轮对横向振动加速度降低19%，构架横向振动加速度降低7%，车体横向振动加速度降低13%，轮轨法向最大接触应力降低19%~37%，切向最大接触应力降低33%~41%，平均接触应力显著降低且分布更加集中。钢轨廓形优化方法为现场打磨提供了参考依据，对解决动车组低锥度晃车问题具有指导意义。

铁路隧底结构在高地下水压力与围岩膨胀作用下易产生隆起变形，从而引发轨道不平顺，影响高速列车的安全平稳运行。为探究铁路隧道内无砟轨道上拱变形规律，基于相似准则构建无砟轨道-隧底结构相似模型，并借助3D打印技术制备相应物理模型，采用特制加载工装对隧底荷载进行模拟与控制。结果表明：在隧底荷载作用下，各结构层表面均受拉，且中心水沟表面受拉最为显著；各结构层的横向应力明显大于纵向应力，使得结构更易沿纵向开裂，与现场实际裂纹分布特征相吻合；施工缝处的变形挤出效应显著，中心水沟这一薄弱环节导致隧道中线的变形量整体高于道床板中线，随着隧底荷载的增加，变形幅值基本上呈线性增长，两者差异进一步拉大；仰拱欠厚与曲率减小均显著加剧隆起变形的产生与传递，其中仰拱厚度的减小导致上拱幅值呈幂函数增大。研究结论为隧底结构隆起病害的控制与结构优化设计提供了一定参考。

为明确可液化场地条件下装配式地铁车站结构的地震破坏机理及抗震性能评价方法，基于长春地铁2号线双丰站工程实例，采用有限差分软件FLAC 3D建立土-结构相互作用三维数值模型，研究不同地震动作用下土体的孔隙水压力演化特征以及装配式地铁车站结构的位移与应力响应规律；结合装配式车站结构的拟静力试验结果，分析其地震损伤演化过程及破坏机理，并提出同时考虑整体层间位移角与榫头张开量的双参数抗震性能评价方法；基于标量地震动强度参数和矢量型地震动强度参数分别开展地震易损性分析。结果表明：当地震峰值加速度PGA≥0.2g（g为重力加速度）时，部分场地土体发生明显液化，且液化初始时刻随地震动强度的增大而明显提前，近结构区域土体的液化程度整体小于远结构区域；液化引起的土体刚度退化与不均匀变形显著改变结构受力路径，结构损伤主要集中于中柱及侧墙榫头连接部位，并呈由中柱端部向侧墙及拱顶、底板连接区逐步扩展的演化特征；即使在低轴压比条件下中柱仍为结构抗震薄弱构件；双参数抗震性能评价标准能更合理地评估其抗震性能，相比传统标量地震动强度指标，矢量型地震动强度参数可更全面反映地震动幅值与频谱特性对结构失效概率的影响，从而获得更合理的易损性评估结果。研究成果可为可液化场地中装配式地铁车站结构的抗震设计与性能评估提供参考。

为适应现代铁路桥梁抢修的需求，提出一种基于可伸缩斜腹杆的可展式铁路中等跨度抢修梁技术方案。该抢修梁以可展构架单元为基本单元，可通过斜腹杆的伸缩实现折叠与展开，解决既有抢修梁拼组效率和储运空间不能兼顾的技术问题，同时适应普铁、高铁桥梁的抢修要求。建立有限元分析模型和多体动力学模型，对可展铁路抢修梁进行静力学分析和车桥耦合动力响应分析。结果表明：可展铁路抢修梁的应力水平、位移能满足《铁路桥涵设计规范》限值要求，客货共线铁路列车（ZKH）荷载作用下抢修梁各杆件应力最大；斜腹杆布置方式对可展铁路抢修梁的极限承载力具有显著的影响，斜腹杆倒“八”字形布置时极限承载力较高；32 m跨3种桁架配置类型中，重型桁架抢修梁各项动力响应指标较优；轮重减载率是控制列车运行速度的关键因素，高铁列车通过32 m跨度可展铁路抢修梁的限速可控制在120 km · h^-1。

由于更高速度铁路车桥动力响应具有显著的随机性，因此为探明时速400 km列车过桥动力响应的特点及概率分布特征，基于虚拟激励法与全过程迭代法建立车桥耦合随机振动模型，并与蒙特卡洛法仿真结果进行对比验证。基于此，分析时速400 km下列车运行安全性与平稳性指标的时频分布规律，并研究不同基频简支梁在更高速度列车作用下的车桥动力响应随机特征。结果表明：车桥响应的功率谱及标准差随时间变化而变化，呈现典型的非平稳特征；桥梁动力系数主要受列车轴式、轴距控制，受不平顺随机激励的影响很小；简支梁共振条件下轮重减载率随速度增大而显著增大，车体振动加速度对简支梁共振响应不敏感；简支梁基频对列车轮重减载率和车体振动加速度影响较小，但轨道不平顺的随机性对桥梁竖向振动加速度与轮重减载率的影响显著。

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。

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。

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。