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

1 Introduction 1 daYx76yP_?  
2 Review of Literature 3 @HOBRRm`  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 >Q(3*d >  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 b[`Yi1^]%g  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 >yULC|'F&~  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 b j'Xg  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Z,=7Tu bR#  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 >uSy  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Yl3n2R /U  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 ';<
0/U  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5-M&5f.   
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 ~$~5qwl  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ELj\[&U  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 p\<u6v ~J  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 eM+!Y>8Y  
3 Aims and Outline 43 %"P,1&\^  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43
dH-s2r%s  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 /kfgx{jZ  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 0(S"{Ov
 
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 ['T:ea6B  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 NUp<e%zB  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 yxH ( c  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 YGrg  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 rYbpih=x  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 zRyuq1Zyc,  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 ({q?d[q[  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7x@A%2J  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 <kCU@SK
 
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Bro9YP4<  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 3? HhG  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 B&@?*^.  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 >"C,@cN}B  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 oZAB_A)[-  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 62Z#YQ}x  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 <N%7|t*eT  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 `DC2gJKk%  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 #W|'1 OX4  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 l g-X:Z.  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 ,gS;m &!'J  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 {DR`;ea])1  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 m&?#;J|B$  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 ={z*akn,  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 +u3=dj"[  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 RRI"d~~F6  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 cZ|\.0-  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 -:na:Vsi  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 v#!%GEg1r  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 mFi&YpHu3  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 LbkF   
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 ^pYxKU_O  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 ]bK=FIK2  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 MgY0q?.S=  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 O)jWZOVp >  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 }nL7T'$>  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 ,]d,-)KX8  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 &sU?Ok6  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 07[_.i.l  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 w'UVKpG+  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 o}$EG  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 8@tPm$  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 2* 2wY=  
7 Composition of 3D numerical model 134 ](s'L8(x  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 *"{lMZ+  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 .dav8n*  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 WS`qVL]^&  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 pim!.=vN/U  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 'L8' '(eZ^  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 W' s  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 R.yC(r  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 lMBLIB
]i  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 i{`;R  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 ^3UGV*Ypk  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 *cgI.+  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 2'W<h)m)z  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 9_ dpR.  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 D8xmE2%  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 v~^{{O  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 {o>j6RS\  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 lb3]$Da   
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 <UQe.K"  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 D`$hPYK|_  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 !Y[lQXv  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 c|#8T*`C  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 @9lUSk^9  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 eY|  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 P9vA7[  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 z[3L2U~6  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 /%;mqrdk  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated BDjn !3  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 hX=A)73(  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 0DJ+I  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 c5u@pvSP  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 &8vCZN^  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 i~{Ufi  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 < Pky9o;  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Y$?9Zkp>  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 W;,C_  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Ym =FgM\  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 [_Qa9e  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 3yB!M  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 @]ytla>d  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 `a2n:F  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 *exS6@N]  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 J{k79v  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 B
Btzs^C|  
10 Concluding Remarks 242 HlH64w2^R  
A Facade meshes with windows 248 MpF$xzh  
B Beam element stiffness matrix 251 %*L:sTj(  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 s;6CExH  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 G{6;>8h  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 * /:x sI  
C Example beam properties calculation 255 }#n;C{z2e  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 lp(8E6  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

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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！