[市政路桥]Numerical Modelling of Building Response to Tunnelling [复制链接]

1 Introduction 1 "7pd(p *C  
2 Review of Literature 3 W=Ru?sG=  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 N
Q@."8  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 {uRnZ/m  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 RvF6bIqo  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 zl j%v/9  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 nx >PZb  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ^\uj&K6l  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 +SSF=]4+  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 <tbsQ3  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 eJrJ5mlI`  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 J!o[/`4ib  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5/v@VU
zH  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 )MZQ\8,)]  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 .)>DFGb>H  
3 Aims and Outline 43 #eT{?_wM  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 1dF=BR8  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 &Q[Y&vNn  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 FXPw5  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 dkC[
Jt  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 ]kuMzTH  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 q8;WHfGf  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 F~dq7AS  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 SPxgIP;IR  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 ~'e/lX9g-  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 +`==US34  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 AoEG%nT  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 0FFx  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 c"3 a
,&  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 zUqt^_  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 ~/6m|k  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 MeqW/!72$L  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75  Yq.Cz:>b  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Fa$ pr`  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 40}8EP k)  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4w:_4qyb  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 s:UQ~p}"S  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 UJ_E&7,L  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 V Z[[zYe  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 &LO<!WKQ  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 ~bCn%r2  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 /u }AgIb  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 L "L@4B  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 E3\O?+h#  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 j1)HIQE|5f  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 N6Fj}m&E  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 RbJ,J)C>  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 z&o"K\y\  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 '~3a(1@8  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 #k1%}k=  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 {4g1Wr5=  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 G l=dL<F  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 n_%JXm#\  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3 [lF  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 *
BYSfcX6  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 mKwhd} V  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 dwKre#4F  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 xr)Rx{)3h  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 
iXc-_V6  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 t,;1?W#  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 DT_HG|  
7 Composition of 3D numerical model 134 ) w.cCDL c  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 z
./M^7v?  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 N?H;fK4v  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 ;6I{7[  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Uc6BI$Fmz  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 UD
Hk@M  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 kn_%'7  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 |*0oz=  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 +!6C^G  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5rqjqfFa  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Y B@\"|}  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 cjf}yn  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 sT9P  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 :Xv3< rS<  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 #
_}lF<k  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 MEbx{XC  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 2+Z2`k]AC  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 w8*+l0  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 iKa}@U  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 1%|+yu1  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 nn"!x|c  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 AG2iLictv  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 AA9OElCa  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 MPMJkL$F
^  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 
wxARD3%  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 .9WJ/RKZ\D  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 gOZ$rv^g  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated .}6 YKKqS  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 >A|6kzC  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 5@"&%8oeq0  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 h3D8eR.  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 pO$`(+q[  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 |lIkmW{  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 9}Tf9>qP>M  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 ~a8J"W
h  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 '2a}1?  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 lztPexyXZ  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 o_p//S#q  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 lcij}-z:%e  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 *usfJ-  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 @6>R/]  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Xi_>hL+R(  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 K3&v6 #]  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 uAR!JJ  
10 Concluding Remarks 242 p%CAicn  
A Facade meshes with windows 248 . zvF!!z  
B Beam element stiffness matrix 251 Y'-BKZv!  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 3uCC_Am  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 ~zFs/(k  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 ZGa>^k[:  
C Example beam properties calculation 255 Zgo^M,g  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 }`4o+  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

file 5-8/21

file9-12/21

file 13-16/21

file 17-20/21

file 21/21

楼主，隧道的数值模拟放到这里不合适吧！不过还是感谢你的资料！