群桩效应及其在土-结构相互作用中的重要性

群桩基础中存在群桩效应，从而导致各基桩力学特性发生改变。理论上，群桩中单个基桩对其他基桩的影响效应可以模拟为特定的地基效应，其可假定为基桩数和位置的函数。而且，群桩效应还可能导致基桩产生附加位移，并对其他基桩产生一定的影响。另一方面，由于在外荷载作用下基桩对周围土场有扰动作用，每根基桩可能引起其周围特定区域内土场应力-应变发生显著改变（图8.1）。群桩基础中各基桩间的空间关系会导致桩周土场应力区域的重叠。这种应力区域的叠加不仅可以传递荷载作用效应，而且会引起重叠区域土场刚度降低。

图8.1　群桩基础(www.xing528.com)

总体而言，引入桩间相互作用因子研究群桩的响应在工程中应用较为广泛，国内外学者在此方面做了诸多研究。蒯行成和沈蒲生[73]基于Winkler地基梁模型提出了层状介质中群桩基础动力相互作用因子的计算方法。Cairo等[74]运用关于层状介质中波动问题的刚度矩阵确定了轴向受荷群桩的动力及静力响应相互作用因子。陈龙珠等[75]采用积分方程法推导出了求解群桩相互作用系数的第二类Eredholm积分方程，并利用叠加原理对竖向受荷桩筏基础进行了计算分析。任青等[76]运用Winkler地基梁模型，并结合传递矩阵法和桩-桩相互作用因子叠加法建立了部分埋入群桩的动力模型。Xu和Poulos[77]运用边界元方法分析了单桩和群桩在三维荷载以及水平场地位移作用下的响应。Ooi等[78]基于特征荷载法研究了横向荷载激励下固端桩的横向位移和最大弯矩。Ashour等[79]则运用应变楔模型及桩-土相互作用研究了横向受荷群桩的响应。Comodromos和Pitilakis[80]运用有限差分方法研究了群桩基础的响应问题。考虑被动桩与周围土体之间的相互作用，黄茂松等[81]确定了群桩的动力相互作用因子，并提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的简化方法。Chen等[82]运用严格的解析方法得到横向荷载作用下两根基桩之间的相互作用因子。

值得指出的是，虽然群桩的动力响应研究有其自身特点，但是从理论层面上可将其看作单桩动力响应研究的延伸。接下来，本章将以完全埋入土场中的两基桩为研究对象，结合本书已有的桩-土系统动力响应研究成果，并结合群桩动力响应作用因子对群桩的非线性动力响应进行分析。