由于煤炭资源的大量开采，一些地区出现了大范围的采空塌陷区，与此同时国家又在大力修建高速铁路、煤炭运输线路、西部干线等一系列交通线路，一些火车线路将不可避免地穿越煤层采空区。采空区覆岩在新增荷载的影响下可能会发生新的“活化”而产生二次变形，变形传到地表就会使铁路路基发生附加沉降，危害线路的运营安全。因此，研究列车荷载作用下采空区覆岩及地表的变形规律对保证铁路安全运营有着重要的现实意义。本文在大量阅读国内外相关文献的基础上，结合枣临铁路下伏采空区的工程实例，主要运用理论分析和数值模拟的方法进行研究。首先，揭示了煤层开采引起的采空区覆岩及地表的变形破坏特征，以求为后文有限元计算提供理论支持；其次，对列车静荷载作用下的采空区地层进行二维数值模拟并对比分析了不同工况下铁路路基的移动变形规律；最后，对列车动荷载作用下的采空区地基进行了三维数值模拟并分析了铁路路基竖向位移、加速度的振动响应规律。取得的主要成果如下：（1）火车线路与工作面推进方向垂直时，地表在列车荷载作用下的附加沉降量最大且此时荷载的影响深度最大；采空区采厚比越大，列车荷载引起的采空区顶板及地表的附加沉降值越小；随着煤层倾角的增大，列车荷载引起的地表附加沉降值呈减小的趋势；采空区的注浆充填可以有效减小列车荷载下的沉降值。（2）通过动力时程分析得出，单列列车荷载所引起的路基最大沉降值发生在采空区上方的线路上，交会列车荷载所引起的路基最大沉降值不发生在单条线路上，而是发生在两条线路间的中心线上；交会列车运行时的影响深度、影响范围及单点的竖向位移、加速度都明显大于单列列车。（3）无论是列车静荷载还是动荷载作用下，采空区上覆岩层越接近地表的区域受火车荷载的影响越严重，这与煤层采动的覆岩变形规律是相反的。（4）对采空区及铁路地基的稳定性进行了评价，并提出了相应的加固措施。列车荷载作用下采空区的稳定性问题属于一个较新的课题，本文通过数值模拟方法得出的结论可以为铁路下伏采空区工程的设计、施工提供一定的借鉴。