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

1 Introduction 1 o.Ww.F  
2 Review of Literature 3 fwUvFK1G  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 #O_%!7M{4  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 ag8)^p'9  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3US`6Y"  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 DCa[?|Y  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 YCP D+  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 i5(qJ/u  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 /*gs]  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ib{#dhV  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ;4-$C=&  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 8Mtd}{Fw*  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 >#n"r1  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 Ma\%uEgTD  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 $-^&AKc  
3 Aims and Outline 43 5Kd"W,  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 ;fV"5H)U\  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 t0c
S.hi  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 d. d J^M  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 gHh(QRA  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 v@G&";|  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 ]LsT  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 J|jvqt9C  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 :)Es]wA#HZ  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 % dFz[b  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 ,y"vf^BE.  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 msw'n  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 0-OKbw5%=b  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 ;\pINtl9<  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 CC@U'9]bH  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 P;(@"gD8z5  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 &b~X&{3,  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 OS%[SHs  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3R$R?^G  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 D4"<suU|.  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 @rqmDpU  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 vD2(M1Q  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 yU(}1ZI
D  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 MYV3</Xj*  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 N (\n$bpTt  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1 39T*0C  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 "<Di  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 7gLk~*  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 &!;o[joG  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 2ia&c@P-  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 ;*K;)C  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 M'|[:I.V  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 XU<owk  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 `B&E?x  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 ]?}pJ28  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 p4O[X\T  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6qQ_I0f  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 V4u4{wU]  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 x| D|d}  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 rVhfj~Ts  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 |,KsJ2hD  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 g_PP9S_?  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Qd~7OH4Lp  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 B.?F^m@zS  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 Uun0FCA>  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 vp&.  
7 Composition of 3D numerical model 134 (MqQ3ys  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 ^Rl?)_)1HE  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9
T2_2  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 r9-ayp#pC  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 #N`MzmwS  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 +
5-|6  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 =MJRQV67  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 731RqUR  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 k5%)  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 j+fF$6po#t  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 &B:L9^  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 VJA/d2Oys  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Xa-TNnws?  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 LIJ#nb  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 {c I~Nf?i  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 ~f[;(?39xZ  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 &RuTq6)r  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 ,d!@5d&Zi  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Y]~-S
 
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Qhe<(<^J,  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 3y$6}Kp4?  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 Qru&lAYc<  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 cJ?,\@uuP  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 3XUVUd~  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 FW2x  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 C:AV?  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 (!m6>m2  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated wYFkGih  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Qa2p34Z/  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 IrRe6nf@K  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 *>2FcoN;  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 F`F|.TX  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 _lT'nFe=Q  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Y1AZ%{^0a  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 X%99@qv  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 ":sp0(`h  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 "IpbR  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 ~c+=$SL-=  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 m' j1  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7r3CO<fb  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 g"!cO^GkT  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 s 7%iuP  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 }/tf^@  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 %H_-`A`  
10 Concluding Remarks 242 | Wj=%Ol%o  
A Facade meshes with windows 248 aox@- jyr  
B Beam element stiffness matrix 251 Z9h4 pd  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Pdh`Gu1:3  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 X16O9qsh  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 $B9?>a|{A  
C Example beam properties calculation 255 #u"@q< )  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 usKP9[T$  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

file 5-8/21

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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！