无砟轨道具有美观整洁、刚度均匀、高平稳性、高稳定性、使用寿命长和少维修等突出特点,因此在全球范围内的高速铁路中无砟轨道得到了广泛的应用。但由于无砟轨道结构在服役期间所承受的外部荷载是复杂多变的,且不同部件的材料力学性能也存在较大的差异性,轨道结构在服役过程中其各结构部件出现了各种各样的轨道结构病害。当无砟轨道病害发展到某一阶段时,将会导致列车与下部基础之间不再匹配,从而使得无砟轨道病害的发展速度进一步加快,最终危及行车安全和品质。因此,研究无砟轨道结构病害对行车舒适性和安全性的影响,并确定相应的维修限值具有重要的工程意义。本文主要研究内容如下:(1)总结了国内外对车辆-轨道耦合动力学和无砟轨道典型病害的研究现状,指出既有研究的不足之处,最后提出了本文的研究内容和研究思路。(2)借助LS-DYNA软件建立了车辆-轨道-路基耦合动力学分析模型,并进行了模型验证,从而保证了本文所建立的车辆轨道耦合计算模型的正确性。(3)建立了考虑CA砂浆离缝的车辆-轨道耦合动力学模型,并采用正交试验分析了CA砂浆的离缝长度、离缝宽度和离缝高度对轮轨系统动力响应的影响。(3)选取CA砂浆弹性模量、CA砂浆离缝长度、CA砂浆离缝高度和扣件刚度为随机变量,采用Box-Behnken试验设计方法进行响应面试验点设计,从而构建相应的响应面模型,并基于可靠度理论对CA砂浆离缝条件下无砟轨道结构长期服役性能进行了可靠性分析。(4)建立了考虑路基性能不均匀的车辆-轨道耦合动力学模型,选取路基性能不均匀面积、路基压实指标和扣件刚度为输入样本,通过正交试验得到的轮轨系统动力响应作为输出样本,从而建立了轮轨系统动力响应映射模型,最后基于可靠度理论确定了路基性能不均匀的分级控制标准。