地下工程开挖对桩筏基础的影响分析

水平受荷桩的变形分析主要有弹性地基梁法、弹性理论法、整体数值法等。

1.弹性地基梁法

Winkler弹性地基梁法，将桩视作为竖向弹性地基梁，桩周土体的作用简化为沿着桩身分布的一系列互相独立的弹簧。若弹簧刚度与桩身变形无关，则为线性荷载传递模型；若弹簧刚度为桩身变形的函数，则为非线性荷载传递模型，也称为p-y模型。不同的学者的研究主要是根据不同的弹簧刚度推导出水平荷载作用下桩基的解。如Hetenyi(1964)给出了弹簧刚度为常数时桩顶受水平力和弯矩的半无限长桩的解。Franklin和Scott(1979)采用了数值方法进行求解了弹簧刚度沿深度方向线性分布的水平受荷桩的位移。Matlock和Reese(1960)、Robertson等(1989)、Gabr等(1994)、Templeton(2009)、Jeanjean(2009)等均对p-y曲线进行了研究。

2.弹性理论法

弹性理论法假设桩为弹性地基梁，而桩周土体被认为是半弹性空间的弹性连续体，其基本理论依据是Mindlin(1936)的理论解。Poulos和Davis(1980)对该方法进行了详细的介绍，桩周土体不因桩的存在而物理特性受到影响，将单桩沿着深度进行离散为一维单元，由土体的连续体特性基于Mindlin解得到土体变形，由梁的相关方程得到桩体变形，由变形协调条件和桩顶桩底边界条件，得到相应的方程，采用有限差分法的数值手段进行求解，得到单桩的受力变形反应。该方法与Winkler地基梁法相比考虑了土体连续性特性，但没有考虑土体的非线性。(www.xing528.com)

3.数值方法

数值方法包括整体有限差分法、整体有限元法、边界单元法等在内的各种方法。在此类方法中，桩和土体都被离散为单元，基于有限元、积分变换、边界元的数学手段进行求解。此类方法可以对桩土的相互接触进行详细分析，选取不同的土体模型，适应性比较广。尤其随着计算机硬件的发展，商业有限元软件的成熟，有限元数值分析方法越来越普遍。Filho(2005)等采用有限单元法来离散水平桩，采用边界元法基于Mindlin解来离散弹性半无限各向同性均质土体。Brown和Shie(1990a)采用商业有限元ABAQUS程序对水平桩进行了3D有限元分析，分析了桩后桩土分离现象以及桩周土体塑性应变和相对滑移，考虑了桩径以及土体刚度对水平桩的响应的影响。三维有限元整体分析可以很好地考虑桩土相互接触特性以及追踪整个过程中土体的非线性应力应变行为，但有限元分析的结果精确程度与输入的土体参数有很大关系，而土体参数大多是通过物理试验测定得到的，这很大程度上制约了有限元分析结果的可靠性。

基于以上方法，很多学者进行了群桩效应的分析，以进一步研究水平荷载作用下桩筏基础的响应。例如，Randolph和Wroth(1978，1979)基于剪切位移法，假设邻近单桩完全遵循受荷桩引起的位移场，求解群桩相互接触系数。Lee(1991)基于Mindlin解求解分层地基中竖向群桩的群桩效应。而Mylonakis和Gazetas(1998)在此基础上考虑了邻近单桩自身刚度的影响，对上述群桩相互接触系数进行了修正。Xu和Poulos(2000)采用整体边界元法分析群桩基础受水平力的作用，基于子矩阵和基本相互影响矩阵考虑群桩相互作用。Kitiyodom和Matsumoto(2002，2003，2005)也是基于Mindlin解分析了均质地基、非均质地基中不同桩间距时群桩的水平向相互接触系数，将其用于桩筏基础的分析中。