隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析

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1、隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析第29卷第3期岩土工程学报Vol.29No.32007年3月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringMar.,2007李早，黄茂松（同济大学地下建筑与工程系，上海200092）摘要：采用两阶段分析方法，提出了隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响的解析计算方法。第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体自由位移场，第二阶段首先基于Winkler地基模型，将自由土体位移施加于桩体并建立单桩位移控制方程，然后应用剪切位移法，考虑被动群桩的桩–桩相互影响，计算被动群桩的遮拦效应，最后得到隧道

2、开挖对被动群桩的影响。并与有限元法以及边界元法分析结果进行了对比，得到了较好的一致性。关键词：两阶段分析法；Winkler地基模型；被动群桩；遮拦效应；剪切位移法中图分类号：TU473文献标识码：A文章编号：1000–4548(2007)03–0398–05作者简介：李早(1977–)，男，陕西宝鸡人，博士研究生，主要从事桩基工程和软土地下工程方面的研究。E-mail:lizao2002@hotmail.com。AnalysisofsettlementandinternalforcesofgrouppileduetotunnelingLIZao,HUANGMao-son

3、g(DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Asimpleanalyticaltwo-stagesmethodfordeterminingthesettlementandinternalforcesofgrouppilecausedbytunnelingwaspresenthere.TheLoganathananalyticalsolutionwasusedtoestimatethefreesoilsettlementinducedbytunne

4、linginthefirststage.Inthesecondstage,composingthesoilmovementtothepile,thesettlementgoverningequilibriumequationofsinglepilewasbuiltupbasedonWinklermodel.Thentheshieldingeffectduetopile-pileinteractionofpassivegrouppilewascomputedusingintegralmethod.Finallytheresponseofpassivegrouppiledu

5、etotunnelingwasobtained.TheobtainedresultwascomparedwiththatfromFEMandBEM,andgoodagreementwasobtained.Keywords:two-stagemethod;Winklermodel;passivepilegroup;shieldingeffect;integralmethod0引言随着城市地铁建设的发展，隧道开挖带来的环境问题越来越受到重视，其中隧道开挖对桩基的影响尤具代表性。由于隧道开挖不可避免地会引起周围岩土体的变形和位移，当隧道附近有桩基时，必然会引起桩基的附加变形和

6、内力，桩周土体位移对桩体产生拖拽力会增大桩基沉降，降低桩基的承载力。Morton等（1979）[1]和Loganathan等（2000）[2]分别进行了重力场和离心机模型试验，发现隧道开挖对桩基影响很大，尤其是在软土中。目前关于隧道开挖对桩基影响的分析方法主要有两类，第一类是整体分析方法，即在模拟开挖过程的同时，将周围土体和桩体作为一个整体分析，通常利用整体有限元的方法进行分析计算。Mroueh等（2002）[3]和Gordon等（2005）[4]采用整体有限元方法分析了隧道施工对附近单桩和群桩的影响。整体有限元法能够考虑桩–土相互作用和被动群桩中桩–桩相互影响，以及土

7、体各向异性和复杂的边界条件，然而这种方法工作量较大，而且计算往往需要专业的软件并且建模复杂，因而不易被工程设计人员所接受。第二类为两阶段分析方法，即把隧道开挖对桩基的影响分成两个阶段来分析：第一阶段分析隧道开挖引起的桩周土体变形；第二阶段将桩周土的变形施加到桩上，分析桩的变形及内力变化。Chen等[5][6]（1999）、Loganathan等（2001）、王占生等（2002）[7]采用两阶段分析方法评价了隧道施工对桩基的影响，首先计算隧道开挖引起的土体自由位移场，然后应用各种方法（比如有限元法、边界元法、有限差分法、弹性理论法）将位移施