地下水变化引起的高速铁路沉降变形不仅造成桥梁桩基沉降变形，而且对高速列车舒适和安全运行的影响也十分突出。为分析水位下降导致附加应力发生变化，从而对桥梁桩基产生不利的影响，采用ABAQUS有限元软件对桩基的沉降特性进行分析。
对于桥梁桩基而言，地下水水位在桩基不同深度的变化对桩基变形的影响显然是不同的，为充分说明地下水变化对桩基的影响，选取两种典型的地下水变化模型来分析地下水水位下降对桩基的影响。一种模型是地下水水位变化分别发生在桩基区域，另一种模型是地下水水位变化分别发生在桩基下卧层，水位变化都是自上而下降低。
1.分析模型
模型一：根据某高速铁路桥梁桩基钻孔资料，初始地下水水位位于设计桩尖以下约10 m。
模型二：根据某高速铁路桥梁桩基钻孔资料，初始地下水水位位于设计桩顶以下16 m左右。
本构模型：桩采用线弹性模型，土体采用Mohr-Coulomb模型。地层模量参照实际勘察资料取值，如表5.2-1 和表5.2-2 所示，泊松比0.25，并根据其所在深度的自重应力进行计算模量修正。桩的弹性模量取32 GPa，泊松比0.2，并简化为二维条件下的模量。
表5.2-1 模型一桩基对应的主要参数
表5.2-2 模型二桩基对应的主要参数
续表
模型在竖向取为桩长的2～3 倍，深度100 m，宽度100 m。
桩基荷载根据实际情况确定，模型一承担荷载1 960 t，模型二承担荷载1 850 t。
桩基主要参数按实际工程取值，如表5.2-3所示。
表5.2-3 桩基主要参数
桩土界面建立库仑摩擦模型的接触关系，根据钻探资料和剪切试验结果，估算其摩擦系数近似取为0.3。
分析过程分为两步，第一步为平衡初始地应力场和竖向荷载，第二步为分析水位变化的影响，获取不同水位变化条件下的桩顶平面变形。
假设地质分层均匀，不存在异常情况，地下水位均匀下降，地层中不存在承压水情况。
模型一和模型二的有限元模型及典型结果云图如图 5.2-1～图 5.2-6所示。(www.xing528.com)
图5.2-1 有限元模型（模型一桩长28 m）
图5.2-2 地下水引起的竖向应力云图（模型一桩长28 m）
图5.2-3 地下水引起的竖向位移云图（模型一桩长28 m）
图5.2-4 有限元模型（模型二桩长45 m）
图5.2-5 地下水引起的竖向应力云图（模型二桩长45 m）
图5.2-6 地下水引起的竖向位移云图（模型二桩长45 m）
2.分析结论
根据有限元数值模拟结果，我们可以看出：
（1）模型一桩基在下卧层下降水位，应力增大主要位于下卧层，沉降主要发生在下卧层，桩顶平面沉降较为均匀。
（2）模型一桩基地下水位从桩顶下方38 m 处水位分别下降1 m、5 m、10 m、15 m 时，桩顶产生的沉降分别为 7.9 mm、26.1 mm、39.4 mm、47.9 mm。
（3）模型二桩基在桩基区域下降水位，应力增大主要位于桩基区域，由于群桩效应，承台桩顶沉降略小于承台外土体沉降。
（4）模型二桩基地下水位从桩顶下方16 m 处下降1 m、5 m、10 m、15 m 时，桩顶产生沉降分别为8.3 mm、39.6 mm、78.5 mm、116.7 mm，地面沉降分别为20.2 mm、100.9 mm、180.3 mm 和240.3 mm。
由此可见，地下水位在桩基范围内的变化对桩基沉降影响很大，应控制在桩基范围内持续降低。
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