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摘要：新时代下高速铁路的快速发展为我国经济的腾飞提供了和总要的基础设置保障，铁路运行为人们带来方便的同时也诱发了了一系列环境振动问题。本文主要论述了目前在环境振动研究中列车轮轨模型、列车荷载模型、列车荷载引起的环境振动的研究现状，提出目前存在的问题，并给出下一步的研究建议。
关键词： 动荷载;振动;隔振;波动理论
1. 列车荷载分析模型与简化研究
列车荷载的确定是列车诱发环境振动分析中的首要步骤，列车荷载模拟的合理性直接影响着环境振动的分析结果，是高铁运行引起环境振动分析的基础。一些学者对轮轨相互作用的课题进行了研究，如金学松[1， 2]对高铁系统中的轮轨滚动接触作用和稳定性问题、轮轨接触表面（波形）磨损和疲劳破坏、轮轨蠕滑力理论研究现状和存在的问题进行了总结。翟婉明[3]介绍了车辆系统和轨道系统之间轮轨力的计算模型理论，厘清了滚动接触中蠕滑率与接触力关系研究的发展历程，同时对轮轨接触疲劳与磨损问题进行论述，指出波磨中的短波长（20cm）波浪形磨耗会导致的强烈振动冲击与噪声，同时他对高速列车与线路结构动态相互作用问题进行了详细的阐述。张波和刘启跃分析了钢轨波磨领域的研究现状，介绍了当前在波磨分类、成因机理和减缓措施中存在的各种观点。张格明针对引发列车冲击真懂得轨道不平顺问题进行研究，探索了轨道不平顺的局部特征和统计特征，并用建立的车辆-轨道-桥梁模型研究轨道不平顺对中高速车辆走行性能的影响。蔡成标将机车车辆、轨道及桥梁作为一个藕合大系统，研究了快速及高速运行条件下的列车、线路、桥梁动态相互作用问题，建立了比较完善的高速铁路四轴、六轴机车的动力学分析模型，并在各种形式的轨道模型中将钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长Euler梁，轨道板视为弹性地基上的等厚度矩形薄板，轨枕、支承块以及离散后的道床视为刚性质量块进行建模和模拟。罗震利用建立的车辆一无柞轨道藕合动力学模型，采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行无砟轨轨道动力学仿真计算，并对冲击型激扰、谐波型激扰和随机不平顺激扰引起的板式无柞轨道结构振动特性进行了分析。
完善的轨道整体系统模型对列车荷载进行模拟的虽然有着精确的优点，但是因比较复杂、计算量大所以使用过程中多有不便。对于简化荷载的模拟方法一种是利用轨道振动加速度的实测数据及数据变换分析列车荷载的频率成分，由频域叠加法得到地铁列车荷载的模拟表达式频域叠加法由于在计算过程中引入了阻尼正交假定和叠加原理，所以仅适用于线性系统问题的求解，对于非线性系统钦亚洲提出利用时域的逐步积分法进行列车随机荷载时域内的模拟;一种是以轨道不平顺作为输入，通过列车模型分析来进行列车荷载模拟;或者将列车荷载模拟为单一的移动荷载;冯军和通过频响函数和轨道不平顺谱的引入提高列车荷载的模拟的效率和可靠性。陈功奇等从列车产生振动的机理出发，考虑了车辆悬挂体系、轨道基础、行车速度及轨道表面不平顺条件等因素，推导了一个适合 2.5 维有限元法的列車动荷载表达式。
较为完善的列车荷载模拟方法是建立包括列车 、轨道 、道床及地基在内的整体系统模型;简化模型虽然对一般的计算更加实用，但是由于忽略了横向作用和转动效应所以难免有一些与实际不符合的地方，同时波磨和不平顺多单独进行考虑。因此如何建立一个可以反映真实列车荷载作用同时适合于快速计算的模型有着重要的意义，可以对之进行进一步的深入研究。
2. 轨道梁体和地基振动研究
列车通过车轮将移动线荷载作用在轨道上，两者之间相互作用再加上轨道表面的不平顺和路线的不平顺，会在路基上产生一系列的冲击与振动作用，这些振动和冲击以应力波的形式向路基深处以及远处传播，从而引起路基深处的变形和振动、应力、孔隙水压力的变化以及周围土体和建筑物的振动。Barros利用频率响应的傅里叶合成法求解了在成层半无限空间表面或者埋深移动线荷载作用下土体的动力位移和应力响应，马学宁将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型，建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型，分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。Karlstrom构建了一个由轮轨、轨枕、路堤和地面组成的的解析模型研究了列车荷载在成层的线粘弹性地基上引起的地面振动，Andersen用边界元和有限元耦合的方法研究了二维、三维建模情况下地铁产生的振动的传播问题，Xu Bin利用层状饱和半空间中的投射和反射矩阵方法结合Biot理论得到了移动荷载下路基与地面的位移、应力、孔隙水压力的通解，并研究了软土夹层对地基特性的影响。边学成利用2.5维有限元和薄层单元法研究了列车移动荷载产生的振动问题，将轨道模拟为铺设在路堤上的Euler–Bernoulli梁，研究不同移动列车速度下恒载和振动荷载作用下轨道和地面的振动特性，指出由于轨道结构和路堤的出现使列车的临界速度大于下覆土的瑞利波速。高广运利用2.5维有限元法研究了高速列车移动荷载作用下轨道和饱和分层地面的动力响应问题，将轨道简化为Euler梁，通过假设体波波前呈半柱面形式利用粘弹性人工边界处理波的反射问题，指出当列车速度较低时弹性土的竖向位移比饱和土要大，速度较高时候前者比后者要小;列车速度接近或者超过饱和土体的瑞利波速时会出现地面的竖向振动。
从以上研究可以看出，很多学者用不同的方法和模型对列车荷载作用下周围土体的位移、应力、孔压等响应进行了分析，取得了很多有益的成果，可以作为进一步研究的基础。然而如何考虑循环应力波作用下位移、孔压、应力的改变对周围土体力学性能改变的影响，是一个更为实际也是更值得进一步研究的问题。目前多将不规则的随机振动过程用一种规则的往返荷载来等效，再用常规动三轴仪上的试验来研究土的动力特性及演化，但是这种等效难以反映荷载的随机性，未来可以通过考虑目前的随机过程理论对之进一步研究。
3. 思考与展望
通过对目前文献的调研，得到如下的结论：
1）完善的轨道整体系统模型和简化模型各有自己的优缺点，建立可以反映真实列车荷载作用、考虑波磨和不平顺同时适合于快速计算的列车荷载模型有着重要的意义，建立结合实测试验的荷载-轨道整体模型，对未来的地面振动研究具有重要意义，可对之进行进一步研究。
2）目前在研究中多将不规则的随机振动过程用一种规则的往返荷载来等效，然后用常规动三轴仪上的试验来研究土的动力特性及演化，发展其分析方法，但是这种等效难以反映荷载的随机性，因此，建议考虑通过考虑目前的随机过程理论对之进一步研究，建立循环应力波作用下循环位移、孔压、应力的改变以及对周围土体力学性能改变的影响模型，对土体的振动进行进一步的机理研究。
参考文献
[1].金学松，张雪珊，张剑，孙丽萍，王生武. 轮轨关系研究中的力学问题[J]. 机械强度，2005，04：408-418.
[2].金学松，沈志云. 轮轨滚动接触力学的发展[J]. 力学进展，2001，01：33-46.
[3].翟婉明，金学松，赵永翔. 高速铁路工程中若干典型力学问题[J]. 力学进展，2010，04：358-374.
关键词： 动荷载;振动;隔振;波动理论
1. 列车荷载分析模型与简化研究
列车荷载的确定是列车诱发环境振动分析中的首要步骤，列车荷载模拟的合理性直接影响着环境振动的分析结果，是高铁运行引起环境振动分析的基础。一些学者对轮轨相互作用的课题进行了研究，如金学松[1， 2]对高铁系统中的轮轨滚动接触作用和稳定性问题、轮轨接触表面（波形）磨损和疲劳破坏、轮轨蠕滑力理论研究现状和存在的问题进行了总结。翟婉明[3]介绍了车辆系统和轨道系统之间轮轨力的计算模型理论，厘清了滚动接触中蠕滑率与接触力关系研究的发展历程，同时对轮轨接触疲劳与磨损问题进行论述，指出波磨中的短波长（20cm）波浪形磨耗会导致的强烈振动冲击与噪声，同时他对高速列车与线路结构动态相互作用问题进行了详细的阐述。张波和刘启跃分析了钢轨波磨领域的研究现状，介绍了当前在波磨分类、成因机理和减缓措施中存在的各种观点。张格明针对引发列车冲击真懂得轨道不平顺问题进行研究，探索了轨道不平顺的局部特征和统计特征，并用建立的车辆-轨道-桥梁模型研究轨道不平顺对中高速车辆走行性能的影响。蔡成标将机车车辆、轨道及桥梁作为一个藕合大系统，研究了快速及高速运行条件下的列车、线路、桥梁动态相互作用问题，建立了比较完善的高速铁路四轴、六轴机车的动力学分析模型，并在各种形式的轨道模型中将钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长Euler梁，轨道板视为弹性地基上的等厚度矩形薄板，轨枕、支承块以及离散后的道床视为刚性质量块进行建模和模拟。罗震利用建立的车辆一无柞轨道藕合动力学模型，采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行无砟轨轨道动力学仿真计算，并对冲击型激扰、谐波型激扰和随机不平顺激扰引起的板式无柞轨道结构振动特性进行了分析。
完善的轨道整体系统模型对列车荷载进行模拟的虽然有着精确的优点，但是因比较复杂、计算量大所以使用过程中多有不便。对于简化荷载的模拟方法一种是利用轨道振动加速度的实测数据及数据变换分析列车荷载的频率成分，由频域叠加法得到地铁列车荷载的模拟表达式频域叠加法由于在计算过程中引入了阻尼正交假定和叠加原理，所以仅适用于线性系统问题的求解，对于非线性系统钦亚洲提出利用时域的逐步积分法进行列车随机荷载时域内的模拟;一种是以轨道不平顺作为输入，通过列车模型分析来进行列车荷载模拟;或者将列车荷载模拟为单一的移动荷载;冯军和通过频响函数和轨道不平顺谱的引入提高列车荷载的模拟的效率和可靠性。陈功奇等从列车产生振动的机理出发，考虑了车辆悬挂体系、轨道基础、行车速度及轨道表面不平顺条件等因素，推导了一个适合 2.5 维有限元法的列車动荷载表达式。
较为完善的列车荷载模拟方法是建立包括列车 、轨道 、道床及地基在内的整体系统模型;简化模型虽然对一般的计算更加实用，但是由于忽略了横向作用和转动效应所以难免有一些与实际不符合的地方，同时波磨和不平顺多单独进行考虑。因此如何建立一个可以反映真实列车荷载作用同时适合于快速计算的模型有着重要的意义，可以对之进行进一步的深入研究。
2. 轨道梁体和地基振动研究
列车通过车轮将移动线荷载作用在轨道上，两者之间相互作用再加上轨道表面的不平顺和路线的不平顺，会在路基上产生一系列的冲击与振动作用，这些振动和冲击以应力波的形式向路基深处以及远处传播，从而引起路基深处的变形和振动、应力、孔隙水压力的变化以及周围土体和建筑物的振动。Barros利用频率响应的傅里叶合成法求解了在成层半无限空间表面或者埋深移动线荷载作用下土体的动力位移和应力响应，马学宁将板式无砟轨道-路基作为参振子结构纳入车辆计算模型，建立包含车辆、钢轨、板式轨道和路基为一体的二系垂向耦合动力分析模型，分析列车速度对车辆运行品质、系统动位移以及动应力的影响。Karlstrom构建了一个由轮轨、轨枕、路堤和地面组成的的解析模型研究了列车荷载在成层的线粘弹性地基上引起的地面振动，Andersen用边界元和有限元耦合的方法研究了二维、三维建模情况下地铁产生的振动的传播问题，Xu Bin利用层状饱和半空间中的投射和反射矩阵方法结合Biot理论得到了移动荷载下路基与地面的位移、应力、孔隙水压力的通解，并研究了软土夹层对地基特性的影响。边学成利用2.5维有限元和薄层单元法研究了列车移动荷载产生的振动问题，将轨道模拟为铺设在路堤上的Euler–Bernoulli梁，研究不同移动列车速度下恒载和振动荷载作用下轨道和地面的振动特性，指出由于轨道结构和路堤的出现使列车的临界速度大于下覆土的瑞利波速。高广运利用2.5维有限元法研究了高速列车移动荷载作用下轨道和饱和分层地面的动力响应问题，将轨道简化为Euler梁，通过假设体波波前呈半柱面形式利用粘弹性人工边界处理波的反射问题，指出当列车速度较低时弹性土的竖向位移比饱和土要大，速度较高时候前者比后者要小;列车速度接近或者超过饱和土体的瑞利波速时会出现地面的竖向振动。
从以上研究可以看出，很多学者用不同的方法和模型对列车荷载作用下周围土体的位移、应力、孔压等响应进行了分析，取得了很多有益的成果，可以作为进一步研究的基础。然而如何考虑循环应力波作用下位移、孔压、应力的改变对周围土体力学性能改变的影响，是一个更为实际也是更值得进一步研究的问题。目前多将不规则的随机振动过程用一种规则的往返荷载来等效，再用常规动三轴仪上的试验来研究土的动力特性及演化，但是这种等效难以反映荷载的随机性，未来可以通过考虑目前的随机过程理论对之进一步研究。
3. 思考与展望
通过对目前文献的调研，得到如下的结论：
1）完善的轨道整体系统模型和简化模型各有自己的优缺点，建立可以反映真实列车荷载作用、考虑波磨和不平顺同时适合于快速计算的列车荷载模型有着重要的意义，建立结合实测试验的荷载-轨道整体模型，对未来的地面振动研究具有重要意义，可对之进行进一步研究。
2）目前在研究中多将不规则的随机振动过程用一种规则的往返荷载来等效，然后用常规动三轴仪上的试验来研究土的动力特性及演化，发展其分析方法，但是这种等效难以反映荷载的随机性，因此，建议考虑通过考虑目前的随机过程理论对之进一步研究，建立循环应力波作用下循环位移、孔压、应力的改变以及对周围土体力学性能改变的影响模型，对土体的振动进行进一步的机理研究。
参考文献
[1].金学松，张雪珊，张剑，孙丽萍，王生武. 轮轨关系研究中的力学问题[J]. 机械强度，2005，04：408-418.
[2].金学松，沈志云. 轮轨滚动接触力学的发展[J]. 力学进展，2001，01：33-46.
[3].翟婉明，金学松，赵永翔. 高速铁路工程中若干典型力学问题[J]. 力学进展，2010，04：358-374.