交通荷载诱发的地面振动可以带来很多问题,比如影响附近居民的正常生活、引起沿线房屋开裂等。随着我国大量的高速铁路干线建成并投入运营以及列车运行速度日益加快,高速列车引起的周边环境振动污染问题日益显著。因此,开展隔振屏障隔振性能方面的研究,将有利于合理解决高速列车引起的过大地基振动问题,为隔振屏障设计及工程项目决策提供理论指导。相比于解析法,有限元在解决几何形状不规则和边界条件复杂的问题时优势明显,而通过假定模型的材料性质和几何形状沿荷载移动方向保持不变,2.5维有限元理论被提出并得到了应用,大大提高了计算效率。同时,在我国沿海地区,大量高速铁路修建在饱和软土地基上。饱和软粘土具有含水量高、剪切波速低等特性,高速列车在饱和软土地基上容易引起过大地基振动。本文以Biot饱和土体波动理论为基础,采用2.5维有限元法,对高速列车引起的地基振动预测和控制展开了以下研究：1.基于Biot饱和多孔介质U-W格式,U-w格式(U为土骨架位移,W为孔隙流体位移,w为孔隙流体与土骨架的相对位移)动力控制方程,结合Galerkin法和Fourier变换推导得出了两种格式相应的饱和土体2.5维有限元方程及粘弹性人工边界,进一步研究了移动荷载作用下土体的动力响应问题。2.建立了饱和土地基中空沟的分析模型,研究了空沟在饱和土地基中的隔振性能,并对比了空沟在饱和土地基和单相弹性地基中的隔振效果。研究表明,随着荷载速度增大,空沟的隔振效果变好；空沟在单相弹性地基中可以发挥较好的隔振作用,而在饱和土地基中隔振作用并不显著,当荷载移动速度较低时,饱和土地基中空沟基本无隔振效果。3.针对饱和土地基中地下水位的变化情况,建立了可以研究地下水位变化对空沟隔振效果影响的地基模型。通过调整饱和土地基中上覆单相弹性层厚度来模拟地下水位的变化,研究表明随着上覆单相弹性层厚度的增加,饱和土地基中空沟的隔振效果变好。当荷载移动速度接近土体瑞利波速时,增加上覆单相弹性层厚度会有效改善空沟的隔振效果,但上覆单相弹性层厚度超过空沟深度后,其对空沟隔振效果的影响趋于稳定。4.实际工程中由于沉积等原因,饱和土体都是分层的,据此研究了上软下硬和上硬下软分层饱和土地基中空沟的隔振效果。分析了土层性质、沟深和荷载移动速度对空沟隔振效果的影响,研究表明低速时,空沟在分层饱和土地基中的隔振性能与其在分层弹性地基中相差不大；高速时,空沟在分层饱和土地基中的隔振效果要稍好。随着沟深的增大,空沟的隔振效果变好。但对于上软下硬饱和土地基当空沟穿透上层软土时,增加沟深对隔振效果没有明显影响。5.建立了分层饱和土地基中填充沟分析模型,深入分析了不同速度下填充沟在分层饱和土地基中的隔振效果；比较了分层饱和土地基中填充沟与分层弹性土地基中填充沟隔振效果的差异。研究表明对于混凝土填充沟,较浅的沟即可获得较好的隔振效果,而且沟深的增加会明显提高隔振效果；同时,随着填充材料模量的增大,分层饱和土地基中混凝土填充沟的隔振效果变好；对于天然橡胶填充沟,其在分层饱和土地基中的隔振性能与空沟的性能相似。填充沟在分层饱和土地基中的隔振性能与其在分层弹性土地基中的隔振性能不同。由上可知,饱和土体动力特性与单相弹性介质的动力特性有着显著区别。本研究基于Biot饱和土体波动理论,使用2.5维有限元方法系统地研究了饱和土地基中隔振沟的隔振性能,对合理地解决高速列车引起的周边环境振动问题具有重要理论意义和工程应用价值。