我国铁路网络在西部山区的大规模建设已经启动，山区峡谷地形复杂，铁路沿线风速分布受到峡谷地形的影响，峡谷内部风速分布不均匀，列车在峡谷风场下跨桥隧运行气动载荷剧烈变化，导致轮轨作用力骤增，列车安全性降低，极端情况下甚至发生脱轨倾覆等不安全事故。常规的高速列车峡谷风工况数值模拟中使用恒定风场或者大气边界层指数风，与实际情况不符，与此同时，列车在峡谷风场下跨桥隧运行的气动特性与流动机理研究较少，更是鲜有列车跨桥隧运行动力学特性的研究。因此，有必要建立适用于山区峡谷的风场模型，对风场模型下列车跨桥隧运行的气动和动力学特性进行研究，在此基础上，建立高速列车山区峡谷运行的速度安全域，为山区铁路建设提供理论指导。围绕以上问题，本文开展了以下研究工作：

(1) 通过与山区实测风场数据的对比和网格无关性验证，确定了山区峡谷风场数值模拟的计算方法与网格配置。考虑山体壁面粗糙度，对典型峡谷风场进行了计算，分析了峡谷风场的流场特性；利用测点风速数据，理清了峡谷内竖直方向和水平方向的风速分布规律，通过指数拟合得到了二维峡谷风场数学模型；进一步地，分析了峡谷风场模型参数在峡谷内不同位置的分布规律和峡谷参数对风场模型参数的影响。该成果能够为高速列车山区跨桥隧运行提供更准确合理的风场边界条件。

(2) 通过与风洞试验数据的对比和网格无关性验证，确定了高速列车跨桥隧运行流体力学计算方法与网格拓扑结构。将峡谷风场模型作为列车跨桥隧运行的风场边界条件，采用重叠网格算法对列车跨桥隧运行进行了非定常计算。通过对列车在不同风场下流场特性和涡结构特性的分析，深入理解峡谷风场下高速列车跨桥隧运行的气动特性和流动机理。此外，对不同车速和风速工况下列车的气动特性进行了研究，明确了气动载荷随峡谷风速的变化规律。所得气动载荷结果可以为列车动力学计算以及安全性分析提供基础。

(3) 建立了三编组高速列车动力学模型并通过与文献结果的对比验证了其准确性。将各节车气动载荷作为激励施加在列车的动力学计算中，通过多体动力学计算，得到列车跨桥隧运行过程中的轮轨作用力时间历程，对比各轮对力值，找到了最危险轮对。将不同风速下最危险轮对的安全性指标进行拟合，得到了列车安全运行的临界风速。通过对比峡谷风场和均匀风场下列车安全性指标和临界风速，说明列车跨桥隧运行安全性研究中风场模型选择的重要性。进一步地，对不同车速和风速下的安全性指标进行多项式拟合，得到了列车峡谷风作用下跨桥隧运行的车速-风速安全域关系式。

(4) 开展了峡谷风作用下高速列车跨桥隧运行防风措施研究。在桥梁沿线两侧布置挡风墙结构，对比了有无挡风墙作用下列车的流场特性和气动载荷差异，从动力学角度对比了挡风墙对列车跨桥隧运行安全性指标和临界风速的的改进。此外，对挡风墙在峡谷桥梁上的安装位置进行了对比，探索挡风墙在列车跨桥隧运行过程中对动力学指标的影响机制。该成果能够为山区铁路防风减灾措施提供理论依据。