既有线山区铁路由于设计标准较低、使用年限较长、所处的地质气候环境恶劣，且随着列车运行速度提高、轴重增加、行车密度加大以及强度高、耐磨性好轨钢的广泛应用，钢轨轨头的剥离掉块和水平裂纹成为小半径曲线轨道伤损的主要形式。列车以较高速度经过小半径曲线轨道时，曲线上股钢轨轨头容易出现偏心受压，轨头内侧亚表面容易屈服，导致疲劳裂纹的产生和扩展，使轨头内侧出现剥离掉块，引起车轮滚动不平顺，轮轨的冲击作用进一步加速病害的扩展，甚至引起断轨的重大事故。因此，本论文以昆明工务段管内的南昆线、成昆线小半径曲线为例，研究轮轨滚动接触产生的轨道病害及其解决办法，对增强我国山区铁路运营安全具有重大意义。　　本文以南昆线ZHK707+732.4的400m小半径曲线为研究对象，通过现场调研和分析工务段内日常养护维修技术资料，总结曲线段钢轨轨头病害的产生、发展规律。在现场获取小半径曲线参数后，运用SIMPACK软件对车辆-轨道进行动力学计算，并优化曲线轨道的几何参数。再结合力学数据，运用ABAQUS/XFEM扩展有限元模块对水平裂纹萌生及发展规律进行分析。本文主要结论如下:　　(1)钢轨轨头出现的水平裂纹与剥离掉块存在因果关系:轨头剥离掉块由水平裂纹发展而成。因此，研究水平裂纹是研究剥离掉块的基础。　　(2)轨头内侧水平裂纹由多个疲劳裂纹组成。而疲劳裂纹由曲线段内过大的轮轨力及偏心压力导致。　　(3)在南昆线ZHK707+732.4的400m小半径曲线轨道上，总重为93t的货车以限制速度80km/h运行时，计算得到轮轨最大横向力为57.42KN，最大垂向力为137.96KN，脱轨系数为0.416。优化轨底坡和外轨超高后，轮轨力、摩擦功率及蠕滑率等指标值均出现下降，验证了优化设计的合理性。　　(4)轮轨力作用在轨头顶面中心线时，只在接触面附近区域产生疲劳效应，轨头内侧应力很小。当轮轨力向轨头内侧偏心受压时，轨头内侧亚表面6mm～12mm区域应力及应变达到峰值，与产生疲劳裂纹的区域重合。当存在水平裂纹时，裂纹尖端处应力集中现象明显，容易导致裂纹扩展。　　(5)轮轨力对裂纹尖端的作用受水平裂纹位置的影响。水平裂纹距离轨头顶面距离越小，裂纹尖端的应力集中现象越明显，裂纹越容易扩展。　　(6)裂纹尖端应力及应变受水平裂纹深度的影响。裂纹向轨头中心扩展，裂纹尖端最大有效Mises应力及应变反而减小，所以裂纹扩展到一定深度后扩展速度会降低，但由于有效截面的减小，轨头内部将产生更大的应力。　　(7)给轨头施加足够大的垂向和横向轮轨力，当轮轨接触面边缘处于裂纹尖端正上方且接触面位于未开裂一侧时，水平裂纹向斜上方扩展，最后发展成为剥离掉块。而当其处于开裂一侧时，水平裂纹朝轨头中心且略微向下方发展，进一步扩展成为斜裂纹，甚至出现核伤和断轨。研究结论与现场观察结果一致。　　(8)水平裂纹尺寸较小时，除了裂纹尖端应力及应变较大外，轨头其他部位应力、应变变化不大。只有当裂纹发展到较大尺寸或向纵深发展时，改变轨头有效截面大小，才有可能发生断轨。因此，轨头出现小尺寸的水平裂纹时，钢轨仍然处于安全状态，但要定期观察裂纹的扩展现象。水平裂纹及其他形式的裂纹允许的最大安全尺寸还要结合实际做进一步的研究与现场试验。