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

1 Introduction 1 ;0j 8Xj  
2 Review of Literature 3 Hggp*(AQK  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 n)]]g3y2  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 -rC_8.u :  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 ;|(_;d  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 fB~BVYi  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Ko6>h  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 +6cOL48"  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 {.vU;  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 ]w2nVC3  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ~j}7Fre  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 S.,om;`  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 !j"r}c
`  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 ^Fmp"[q  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 <[7 bUB  
3 Aims and Outline 43 TFrZ+CcWp2  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 SJ/($3GkBd  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 MfzSoxCb  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 v
;=F$3  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 ivy+e-)  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 !U}dYB:O  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4~;x(e@S  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 N_#QS}H  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 p#['CqP8  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 OMaG*fb=  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 F(jvdq  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 ?!PpooYK  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 :el]IH  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 x.d;7  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 {*EA5;  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 |UA)s3Uhxb  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5v&mK 5zZ  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 .nXOv]  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 lPA:aHcj  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 ko-:)z  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 >]DnEF&  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 NWK+.{s>m  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 /5@4}m>Z@  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 ]xO`c  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 :Taequk  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 
+Usy  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6 w"-&  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 kB41{Y -  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 +4<Ij/}p  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 Yo`#G-]  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 &
~ =q1?  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 sj@B0R=Qo  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 8T3j/D<r  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Knd2s~S  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 x3dP`<   
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 J<[Hwg  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 1trk  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Q?e]N I^  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 4g^nhJP$  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 lIs<&-0  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 &<Gs@UX~w  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 y]dA<d?u  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 %<4ZU!2L  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 e!+_U C  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 eVD
O]5?  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 HzdtR  
7 Composition of 3D numerical model 134 X?p.U  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 _*(n2'2B  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 :%&~/@B  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 =&kd|o/i  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 'IR
2H{Q  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 -Re4G78%  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 <$#;J>{WV  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 s@Q, wa(  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 (%`R{Y  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 x>Hg.%/c[  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 +YS0yTWeX  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 6gUcoDD  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Gag=GHG  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 t)O8O
N  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 LV$@J  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 z%$,F9/  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 ;>#YOxPl  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 gO{XD.s  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Hchh2  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Re`'dde=  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 KW17CJ@  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 hj~nLgpN  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 }3{ x G+,  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 I-=H;6w7  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 _z`g@[m:t  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 ]`p*ZTr)\  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 JIw=Bs  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated -F&4<\=+  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 .fZ*N/  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 1 uKWvp0\  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 L.5 /wg  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 ups]k?4  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 8SJi~gV  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 2aROY2  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 az5 $.  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4T]n64Yid  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 b+Ly%&  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 >^<%9{  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 +:JyXFu  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 &W'X3!Te  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 #M9rt~4  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 _]g?3Gw7!  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 wOhiC$E46  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Y
|NL #F  
10 Concluding Remarks 242 {w,g~ew `  
A Facade meshes with windows 248 g;|3n&  
B Beam element stiffness matrix 251 D7|=ev  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 U{^~X_?  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 $)V_oQSqn  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Iuh1tcc  
C Example beam properties calculation 255 ,qo"i7c{:  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 v6Vd V.BI  
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！