Page 251 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 李国芳，等： 路基横向不均匀沉降变形对车-轨动力响应的影响规律研究 851

向沉降时，钢轨几乎不存在横向位移，随着路基横向
不均匀沉降的产生及发展，轨道结构由于重力作用
向右侧倾斜，钢轨也呈现出向右的弯曲效应，但左、
右钢轨横向变形不均匀较小，这是因为钢轨受到扣
件系统的约束效果，因此可认为路基横向不均匀沉
降不会造成显著的钢轨轨距不平顺问题。

综上，在路基横向不均匀沉降区段，横向不均匀
系数对轨道结构变形具有引导作用，随着横向不均
匀系数的增大，钢轨不平顺现象愈加严重。以横向
不均匀系数为 0.6 为例，对照《高速铁路线路维修规
［24］
则》（TG/GW 115—2012） ，此时的钢轨横向、高低
不平顺幅值分别为 3.90、4.80 mm，仅处于“计划维
修”阶段，尚未超过“临时补修容许偏差管理值”；但
层间脱空量已达 5.26 mm，远超文献［23］中所规定
的层间脱空限值（1.5 mm）。由此可知，即便钢轨高

低、横向不平顺幅值较小，仍可能造成高速铁路无砟
轨道服役性能隐患；而轨道检测车存在造价高、保有
量低、监测周期长的缺点，难以满足轨道长期高密度
监测的需要。因此，轨道结构病害存在难以被及时
图 5 钢轨垂向变形曲线
检测、维护的问题，开展典型轮轨病害下的轨道结构
Fig. 5 Vertical deformation curves of rail
动 态 响 应 及 车 辆 动 力 学 性 能 研 究 依 然 具 有 实 际
图 6 为路基横向不均匀沉降下左、右钢轨的横 意义。
向变形曲线。由图 6 可以看出，路基结构仅存在纵
3 路基横向不均匀沉降对车-轨动力学

性能的影响

高速铁路车辆系统动力响应与轨道结构几何不
平顺有直接关系，不同横向不均匀系数下轨道结构
变形、钢轨不平顺存在差异，因此对车辆系统动力学
性能影响也不同。根据上述研究，CRTS Ⅰ型板式
无砟轨道直线路基段发生横向不均匀沉降时，路基
横向不均匀沉降下的轨道结构状态示意图如图 7 所

示。由图 7（a）可知，路基横向不均匀沉降使得轨道
结构向右侧（沉降量较大一侧）倾斜，此时轨道结构
右侧出现局部脱空（图 7（a））现象，并使钢轨出现高
低（图 7（b））、横向（图 7（c））不平顺。
将沉降波长 20 m、沉降幅值 20 mm 作为初始激
励，研究车辆运营速度为 300 km/h 时，路基横向不
均匀系数由 0 增加至 1 的过程中，车辆⁃轨道⁃路基耦
合系统动力学指标的变化规律。为避免边界效应，
在车辆⁃轨道⁃路基耦合模型前预留 50 m 运行距离，
以消除车辆初始状态对整个耦合系统振动性能的影

图 6 钢轨横向变形曲线 响。需要说明的是，为突出主要研究对象，本文未考
Fig. 6 Transverse deformation curves of rail 虑其他轨道随机不平顺。