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

1 Introduction 1 n*(9:y=l1  
2 Review of Literature 3 K<
k!sh  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 dyH<D5  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 ~!V5Ug_2  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 =f48[=  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 9E`W
Zo^.  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6t zUp/O  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 8bf_W3  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 eXs^YPi  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 _:N+mEF  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 T"h@-UcTl  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 pr~%%fCh  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 kHWW\?O  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 1co;U  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 R7'6#2y  
3 Aims and Outline 43 {@1;kG  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 a7$]" T 7  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 ojmF:hR"  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 ,K/l;M5I  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 &#[w*t(A  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8m prK`p  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 W;Pd
bf"  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 %|
"
0p3  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 EO.Se9ux  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 B|\JGnNQ  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 kjj4%0"  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 d#tqa`@~  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 OM>,1;UH]  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7lLh4__;`6  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 A{Kc"s4fO  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 <w,NMu"  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 dnwTD\),  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 RZY[DoF8u  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 @Sr{6g
*I  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 E{wnhsl{  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 sn!E$ls3O  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 54lU~ "  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 kT@m*Etr{  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 GgU8f0I  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 s'7PHP)LOJ  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 xM+_rU M|h  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 24g\xNnt  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 :CeK 'A\  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 &b__/o  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 p&s~O,Bw$  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 TmS-w  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 3-=f@uH!  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 dCb7sqJ%  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 K]{x0A  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 JI3x^[(Z  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 ron-v"!  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 DXa!"ZU
 
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 i-jrF6&  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 P Nf_{4  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 OGR2Y  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 g7UZtpLTm  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 XfYbWR  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 MwuRxeRO-  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128
mfW}^mu  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 q+Ec|Xd e  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 L*8U.{NY  
7 Composition of 3D numerical model 134 _'*Vcu`Y  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 mEZHrr J  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Ueb&<tS  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 `;}w!U  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 c%+_~iBUN  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 tH)fu%:p  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 <G_71J`MLC  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 Pf:;iXH?  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 w paI}H#  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 6uTFgSqZ  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Bjp4:;Bb  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 `DFo:w!k  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 A"}Ib'  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 &}rmDx  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 5$?)f&M  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 | 9 <+!t\  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 OQJ#>*?  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6QYHPz  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 "(YfvO+  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 #z5$_z?_  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 so>jz@!EE  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 ]@
6L,+W"  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 98rO]rg  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 RI3GAd  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 JKF/z@Vbe\  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 pt%*Y.)az  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 !"LFeqI$lr  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated )tv~N7  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 =.]{OT  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 b:Tv Ta  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 moD)^':.  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 LL_@nvu}M  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 |vPU]R>
6  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215  WjsmLb:5  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 M#.dF{%%  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Ms=N+e$n  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 XE$;Z'Qhjm  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 %%T?LRv  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 _)Ad%LPsd7  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 2[CHiB*>  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 rM`z2*7%d  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 H-qbgd6&>R  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 jfU$
qo!gi  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 J6mUU3F9f  
10 Concluding Remarks 242 L>n^Q:M  
A Facade meshes with windows 248 %RIlu[J  
B Beam element stiffness matrix 251 Rxq4Diq5k  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 gbu*6&j9  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 q\/xx`L  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
AHzm9U @  
C Example beam properties calculation 255 +fN2%aC  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 5^Ny6t  
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！