地铁列车引起的振动会导致周围土体的固结、变形,进而影响线路的安全性,还会对精密设备的正常工作、地表建筑物以及人体生理健康产生影响。本论文以地铁列车运行时盾构隧道及其周围土体的动力响应为研究背景,采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的研究方法,对列车荷载对隧道及其周围土体的瞬时响应规律进行了研究。本论文的主要研究内容和研究成果如下:(1)通过对轨道模型简化成的双层梁结构的分析研究发现,双层梁系统有两个截止频率和三个临界速度,其中较低截止频率由刚度较大的道床控制,较高截止频率由刚度较小的钢轨控制。当荷载速度达到或超过第一临界速度时,由于多普勒效应,位移出现很大波动,振源前方的波将会被压缩导致波长较短,振源后方的波被拉伸导致波长较长。(2)通过将轨道模型和衬砌-土体模型结合在一起建立了完整的隧道模型,研究发现,轴向位移在实际计算中并不能忽略,轴向位移约为径向位移的一半,超孔隙水压力虽小,但仍是不可忽略的。中高频成分对钢轨和道床影响较大,低频成分对土体影响很大。较大的荷载频率对应较小的临界速度。荷载速度较大时,各个位移和应力呈高频的波动衰减趋势,多普勒效应在整个响应过程中很明显。荷载速度的增加会引起截止频率的减小。(3)对上海第(5)层粉质粘土原状土进行室内动三轴试验,分析了围压和振动频率对土体动力参数的影响。随着动应力幅值的增大,滞回圈交叉向前、不再闭合。振动频率越高,在同样的试验条件下,产生的应变越大。围压越大,阻尼越小。采用Geq/Gmax的二次函数可以在一定范围内很好地拟合动剪切模量和动剪应变关系。(4)三维有限元模型研究了荷载速度和荷载频率对盾构隧道动力响应的影响。荷载速度的增加会增大盾构隧道的响应,而荷载频率的增加会减小盾构隧道的响应。荷载速度会引起不同位置处振动响应的滞后性,而且随着荷载速度的增加,滞后时间间隔逐渐增大。荷载频率只影响响应的幅值,但不影响不同位置振动响应的滞后性。本论文的研究成果对土动力学的研究有一定的学术价值,尤其对盾构隧道在列车运营时的振动传播和振动灾害防治具有重要意义。