近年来,高速铁路发展迅猛,高速列车引起的振动对人体健康、建筑物的结构安全和正常使用、精密仪器和设备的正常使用都造成了严重影响。高速列车引起的地面振动以振动波的形式向外传播,当振动波入射复杂地形(山包、陡坎、峡谷等)时,由于复杂地形对波的散射,反射以及衍射,其传播将受到显著影响,从而导致复杂地形上的振动响应也将明显不同。目前高速列车引起的环境振动主要针对平地,并未发现对复杂地形的相关研究。因此,对本课题的研究不仅可以发展铁路环境振动的相关基础理论,而且为预测和评价复杂地形上的高速铁路环境振动提供理论支持,具有重要的理论意义和实用价值。本文建立了路基-复杂地形二维有限元模型,研究高速列车作用下复杂地形的竖向、水平地面振动响应规律。对凸起地形、凹陷地形、起伏地形分别选取参数进行分析,主要内容和结论包括:(1)在凸起地形上,凸起地形减弱了铁路环境振动的地面加速度,明显放大了水平振动位移;凸起地形宽度越大,水平振动位移的放大效应越明显;三角形、梯形、半圆形三种截面形状对加速度、振动位移的影响接近一致,但三角形凸起地形在水平方向存在明显的局部放大效应;高宽比越大,竖向、水平加速度减小越明显,水平振动位移放大更显著;地基趋硬时,凸起地形效应会减弱;土体分层后,凸起地形的影响效应比匀质土体小;凸起地形至振源的距离越近,水平和竖向两个方向的地面加速度减小越明显,水平振动位移的放大效应越大;车速越快,凸起地形对水平和竖向的地面加速度减小幅度越大,对水平振动位移的放大效应减小。(2)在凸起地形之后的平地(距离轨道90m),凸起地形会明显减小竖向、水平两个方向的地面加速度,且减小幅度均随着凸起地形宽度的增加而增大。凸起地形宽度增大,竖向振动位移减小幅度越小,而水平振动位移放大的更明显;凸起截面形状和高宽比对振动的影响较为一致;地基土性质变化对凸起地形效应的影响较小。(3)在凹陷地形上,相比于平地,凹陷地形的存在会明显减小竖向、水平两个方向的地面振动加速度;地形宽度越大,凹陷地形中心的加速度减小幅度有少许增大,竖向、水平振动位移均出现减小,且地形宽度越大,减小越明显;随着地基土的变硬,竖向、水平两个方向加速度的减小幅度都显著降低。土体分层后,凹陷地形的影响效应比匀质土体小;凹陷地形至振源的距离越近,水平加速度和水平振动位移减小越明显,但对竖向加速度和竖向位移的影响不明显;车速越快,凹陷地形对水平和竖向两个方向的地面加速度和位移减小幅度都越大。(4)在凹陷地形之后的平地(距离轨道90m),凹陷地形亦会明显减小竖向、水平两个方向的地面加速度;竖向和水平两个方向的地面振动加速度和位移减小幅度均随着凹陷地形宽度的增加而增大;凹陷地形至振源距离增加时,两个方向的加速度和竖向振动位移的影响效应减小,但水平振动位移的减小幅度增大。(5)当振动波穿过起伏地形后,不管是何种起伏地形(连续凸起、连续凹陷、先凸后凹、先凹后凸),竖向、水平两个方向的加速度和位移都较平地小,说明起伏地形对铁路环境振动产生了减小效应。(6)不论是凸起地形还是凹陷地形,地面振动频率都发生了明显的衰减,高频成分衰减尤为显著。但三角形凸起由于顶部尖锐产生能量集中现象,表现为水平向频谱幅值的显著增大。