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简要介绍中国高速铁路网的发展规划。列举全世界高速铁路在过去运营过程中出现的几次重大脱轨事故并分析其原因，将这些导致列车脱轨的因素定义为列车运行的复杂环境状态。综述复杂环境下列车安全运行的研究现状和建模方法，简要讨论几种传统的脱轨评价准则，并改进基于轮轨几何接触状态的脱轨评价准则。提出一种研究复杂环境下高速列车安全运行的方法，并严格定义高速列车的安全运行界限，介绍复杂环境下高速列车及2种轨道结构(有碴轨道和板式轨道)的理论建模方法。建立基于车辆-轨道耦合动力学的复杂环境下列车脱轨模型。利用不同的脱轨评判准则和动力学仿真计算结果，得到复杂环境下高速列车的安全运行界限，为深入阐述脱轨安全域的思想，利用车辆-有碴轨道耦合动力学模型分析轨道鼓胀对高速列车安全运行的影响，用数值算例详细分析直线轨道鼓胀作用下车辆轮对的动力学响应、动态脱轨行为以及运行安全域。