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

1 Introduction 1 jC }u>AB  
2 Review of Literature 3 oGjYCV
c  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 KQy\l+\gM  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 Bf}0'MK8zQ  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 PYRwcJ$b\d  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 !QzMeN;D  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 dodz|5o%  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ;]ZHD$g  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 kJ:5msKwC  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 9bYHb'70  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 !c;p4B)  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 \V7x3*nA  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ,}xC) >  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 Q0cf]  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 |HIA[.q  
3 Aims and Outline 43 \$++.%0  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 \VzQ1B>k  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 gA8u E  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 =:T:9Y_i  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 J'oz P^N  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 .oOt(K+  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 }LVE^6zyk  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 A^jm<~  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 nFOG=>c}  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 _J#Hq 'K  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Lgw@y!Llij  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5 BG&r*U  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 wH5O>4LO  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 +c2>j8e6  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 e5y`CXX  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 '<jp.sZQ  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 NQ{Z
   
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 A.*nDl`H  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 S 2` ;7  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 {+59YO  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 W5yu`Br  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 K*D]\/;^  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 -x5
bdC(d  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 R1rfp;   
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 
y3$\ m  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 {;gWn'aq  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Y\2>y"8>$x  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 )bJ6{&  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 )%W2XvG  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 eHZl-|-  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Kct +QO(  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 [?(W7  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 !,WRXE&j  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 "lya|;  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 ?n~j2-[<  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 ) FsSXnZL  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 "TCbO`mg  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 e=$xn3)McY  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 atnbM:t  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 N>iCb:_ T;  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 f;6d/?=~  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 DEuW'.o>  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 m$j;FKz+|  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 LxGh *7K-  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 BAed
[  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 clV/i&]Qa  
7 Composition of 3D numerical model 134 3hjwwLKG$  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 %-1-J<<J q  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 JG$J,!.\  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 a];i4lt(c  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 oMf h|B  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 CawVC*b3  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 ;\0RXirk  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 T0C'$1T  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 :O=Vr]Y8K  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 q&x#S
_!  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 tV%\Jk),  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 <\ c8q3N  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 5Uz(Bi  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 Wx`IEPsVbk  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 09i[2n;O  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 XAkl,Y  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3mpjSL  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 s47"JKf"  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 g*9>z)  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 b&&'b)  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 ZmF32Ir  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 zh#uwT1u  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 DSa92:M}  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 )f|6=x4  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 cV,URUD  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 z81!F'x;  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Ue%5 :Sdr  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated A}O9e  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 JE!Xf}nEi  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 yIP IA%dJ  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 *2hzReM  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 -hfY:W`Dz  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 KO7cZME  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
SesO$=y  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 :a`m
9s 4  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 L@uKE jR  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 1Tkz!  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 @[lr F7`o  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 P40eK0e6  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 WR%iUO40  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 OC.@C}u  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 -JkO[IF  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 'JVvL  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 >Li?@+Zl  
10 Concluding Remarks 242  }P#gXG  
A Facade meshes with windows 248 0SYkDI  
B Beam element stiffness matrix 251 kdq55zTc<6  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251  ~I74'  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 pDT6>2t  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 /PlsF  
C Example beam properties calculation 255 [)?3Dp|MH  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 6cvm\opH  
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！