整体分析法就是将桩、土体以及引起土体位移的外荷载(如地表堆载、基坑开挖、隧道开挖等)视作一个整体,这类分析方法通常采用三维整体有限单元法或有限差分法进行整体数值分析,计算外荷载引起的土体位移作用下被动桩的位移和内力。
Lee等(2002)应用非线性三维有限元程序ABAQUS分析了土体沉降对群桩的影响以及群桩效应,并与已有经验方法以及Poulos(1969)弹性解析解作了对比,通过比较,认为传统弹性分析方法和经验方法高估了土体沉降引起的桩基负摩阻力,桩土分界面性质对群桩有较大的影响。Lee和Ng(2004)基于ABAQUS分析了土体固结沉降对单桩和群桩的影响,计算对比了二维轴对称模型与三维有限元模型、桩土弹性接触与桩土弹塑性接触对结算结果的影响,并通过对3×3、5×5群桩的计算分析了被动桩的群桩效应。在此基础上,Ng等(2005)用整体数值方法对固结土中群桩的遮拦效应的一系列离心机试验模型进行了对比分析。Hana等(2006)应用三维有限元程序GRISP分析了黏土固结沉降对单桩的影响,分析表明,在固结黏土中正常工作状态下的桩会同时承受正负摩阻力的作用,需要合理地确定桩身中性面的位置来优化设计桩基。Zhao等(2008)利用三维有限元模拟技术分析了被动群桩的桩土相互作用。
在隧道开挖对桩基影响方面,Mroueh和Shahrour(2002,2003)采用三维有限元程序PECPLAS模拟隧道开挖的真实过程分析隧道开挖对桩基及上部结构的影响,对比了有承台和无承台两种情况下桩基的承载特性,并讨论了主要参数的影响。Lee和Ng(2005)应用大型商业有限元程序ABAQUS建立了弹塑性三维有限元模型,考虑固结作用的影响,分析了隧道施工对受荷单桩的影响,计算结果表明,在距隧道纵轴线1D和隧道开挖面后的区域内隧道施工对桩体影响很大,桩顶和桩底周围土体分别产生正、负超孔隙水压力,由于隧道开挖引起了桩基沉降,桩基的安全系数由3.0降至1.5。Lee和Jacobsz(2006)针对韩国地区典型土体采用三维有限差分程序FLAC3D分析了隧道开挖对邻近单桩的影响,并讨论了隧道穿越桩底和从桩旁边穿越桩基的承载特性的不同,文中讨论了隧道开挖引起的单桩沉降与轴力,缺少对由于隧道开挖引起桩基的水平变形和弯矩的分析。Cheng等(2006)利用位移控制有限元对隧道开挖对邻近桩基的影响进行了分析。杨超等(2007)对隧道开挖对桩基的影响进行了三维有限元数值模拟。杜佐龙等(2009)采用位移控制有限元对邻近隧道的桩基承载特性进行了研究。Zhao等(2008)对隧道和地面堆载时被动桩的桩土相互作用进行了三维有限元模型分析。Yang等(2011)利用三维有限元技术分析了隧道开挖对邻近桩基的影响,结果显示影响区域可以分为两个,分别由两条45°线分割,并分析了被动桩的群桩效应。(www.xing528.com)
基坑开挖对桩基影响方面,首先,Finno(1991)采用平面应变轴对称有限元JFEST对基坑开挖邻近桩基的现场试验进行了分析,模拟了围护结构的形成和开挖过程,以及围护结构的撤除等过程。杨敏等(2005)采用三维整体弹塑性有限元法针对基坑开挖邻近桩基的相互作用进行了分析,并讨论了开挖深度、支护墙刚度、桩基和支护墙距离、桩基刚度和桩顶约束条件对桩基附加弯矩、位移的影响。Iliadelis(2006)对基坑开挖对邻近桩基的影响也进行了三维的有限元分析。陈福全等(2008)对邻近基坑的桩基也进行了整体的数值分析,得出一些有用的结论。
整体数值分析方法能够全面考虑桩-土、桩-桩相互作用,但是,由于计算复杂,需要专业的软件,不易被工程设计人员接受。
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