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

1 Introduction 1 Q,R|VI6Co  
2 Review of Literature 3 X'usd$[.  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 NP$ D9#   
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 Q-||A  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Ss'Dto35Q  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 9oVprd>%@  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 7lG,.W|  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Hx ojxZwm  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 10m`LG  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 &[$t%:`  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 [B%:!Q)@  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 ^aY,Wq  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 -9$.&D|  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40  pwo @ S"  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41  T_<:  
3 Aims and Outline 43 M>@PRb:Oc  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 x^y&
<tA  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 >S:+&VN`M  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 K]ds2Kp&  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 C40W@*6S2  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 i^V3u  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 10r9sR  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 ~uEI}z
 
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 d&%}u1 .  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 X/23 /_~L`  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 {Ty?OZ  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 -
_BjzA|  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 XF9
9h&;9  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 `+GiSj8'G  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 &p.7SPQ8/  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 {-L}YX"Bh  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 49dN~k=  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 JO\KTWtjO  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 @;>Xy!G  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 rqhRrG{L|&  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 ~lH2#u>g  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 =v~$&@  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 W";Po)YC  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 q ?m<9`  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 ;f2<vp;U  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 ` NWmwmWB"  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 wyv%c/WlS  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 \,yg@R  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
fnudy%oo  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 qQCds}<w  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 910N1E  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 NucLf6  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6('xIE(R  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 IYB;X  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 !4mAZF b  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 c/`Rv{*'o  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Hv|(V3
-  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 +fG~m:E  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 09Y:(2Qri  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 q4ej7T8  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 Owm2/  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 n]bxG8~t  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 gOm%?sg  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 `}*jjnr"  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 1DM$FG_Z-  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 8Tm/gzx  
7 Composition of 3D numerical model 134 $EPDa?$*  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 hVu~[ 'Me  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 G>W:3y  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 `-<m#HF:)d  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 H9rZWc"*  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 )LE#SGJP  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 o)Nm5g  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 \h7XdmA]~  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 S-G#+Ue2  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 E0"DHjR  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 a|@1RH>7H  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 K yp(dp>  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 IR<*OnKn  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 K<7 Db4H  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 (JeRJ4  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 [LHfH3[gU  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 }J\KnaKo  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 bL18G(5  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 ut;KphvSH  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 8:4`q9  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 C$fQ[@  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 |Xa|%f  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 ^t
KJ}}  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Y%]&h#F  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 >rzpYc'~w  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 ~CL^%\K  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 &|) (lX  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated d
#wK  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 T
1pMe{  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 A49HYX-l  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 6d|%8.q1  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Y4n;[nHQ(  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 z3p#`  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 jRzQ`*KC#  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 &fWYQ'\>  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 OgBZoTT  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 b-,]21  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 L~xzfO  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 "M5&&\uT  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 ~`x<;Ts  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 JIyIQg'5i  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 @Xe[5T  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 7U{g'<  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 SZQ4e  
10 Concluding Remarks 242 d>qxaX;  
A Facade meshes with windows 248 z!6:Dt6^  
B Beam element stiffness matrix 251 SRx `m,535  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 p%6j2;D  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 oZ(T`5  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 U4@W{P02  
C Example beam properties calculation 255 >O&:[CgEF  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 ~ -hH#5  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

file 5-8/21

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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！