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

1 Introduction 1 w]_a0{Uh  
2 Review of Literature 3 ',f[y:v;  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sc&_6}K  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 eo!z>9#.  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 X`&E,;bIb  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 /1*\*<cs  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 <d4^gAfs*  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 g:HIiGN0Ic  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 rlD@O~P4  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23
A!c.P2  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 HM/ qB^  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 W8)GT`\  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 c}A^0,"z>  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 Ap/WgVw;  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
d=[.  
3 Aims and Outline 43 ZYG"nmNd  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 l<5!R;?$  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 AWw'pgTQX  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 ^#+9v  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 N}\i!YUD  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
`+U-oqs  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 NFQ0/iuW  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 YPN|qn(  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 IySlu^a  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 ,W.O*vC
A  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 h<?Vzl  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Ou/{PK}  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 t<4+CC2H  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 U9Sp$$
L  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 {2!.3<#  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 p0Vw@R=  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 
$lvpBs  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 74Lq!e3hMF  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 ST{<G  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Xs4`bbap  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 !+i  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 EM"YjC)F  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 wEdXaOEB5  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 {L#Pdj{  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 m$]?Jq  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Q WOd&=:  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 ss*dM.
b  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 \5Hfe;ny-~  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 +?%huJYK,  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 $N~8^6  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 .2`S07Z  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 =h4XsV)rO  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5WEF^1  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 XJ.vj+XXb  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Ok9XC <Xu  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 L\pe  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 SwLul4V  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 $P>ci4]t  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 ENygD  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 QD<f)JZK  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 H.*XoktC]  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 /.P*%'g  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 I U/gYFT  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 O",:0<  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 "+p_{J/P  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 |*Hw6m  
7 Composition of 3D numerical model 134 c{zQX0  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 JW (.,Ztm  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 fs\l*nBig  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 sT|8a  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 OQA}+XO  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 @jX[Ho0W'  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 o@vo,J
U  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 |.X?IJ`  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 525W; mu{  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 = 
oQ-I  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 K%O%#Kk  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 iCnKQG  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Z%k)'%_  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 VD,g  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 M#UW#+*g!  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 (w}iEm\b  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 To.CY^M  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 )l~:Puvh  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 &]iiBp#2  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 [LbUlNq^B@  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 k?ZtRhPu3X  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 QX-%<@  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 [> Q+=(l  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Yj;KKgk  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 :XqqhG  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 PRg^E4  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 p3`ND;KQ
 
9.2 The Jubilee Line Extension and associated hCS|(8g  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 9ldv*9v  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 B&3oo  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 E
rnjIx:  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 yY+)IU.  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 ..'k+0u^  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 fMgB!y"Em  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 z|E/pm$^  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 MEf`&<t  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 c6VfFt6p  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 %5Q5xw]w3  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 46OYOa  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 "^Y)&<J&  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 }coSMTMv6  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 
|*W_  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 9$U@h7|Q`  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 A@M%}h  
10 Concluding Remarks 242 trlZ^K  
A Facade meshes with windows 248 -hL0}Wy$N  
B Beam element stiffness matrix 251 OI/m_x
x@j  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 YD>5zV%!D  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 ,t?c=u\5  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 D_kz'0^|  
C Example beam properties calculation 255 nwSujD  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 <j\osw1R  
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！