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

1 Introduction 1 _nt%&f  
2 Review of Literature 3 8~bPoWP  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 U7N<!6  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 Vl%
k:  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 sp
f}{o  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 R.7"ZG  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 J&?kezs  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 s
?G@k}{  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 -MZ Eli g  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 @9L9c  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ~Hq 2'  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 /\.kH62  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Jq->DzSmj/  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 e-WaK0Ep  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 |cacMgly  
3 Aims and Outline 43 3y!CkJKv  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 ,DjZDw  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 fHiCuF  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 VmW_,  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 n.)-aRu[  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 $T6<9cB@  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 (]JJ?aAF  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 %+.
]>''a  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 >wn&+%i&  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 aCanDMcBnq  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 R#t~i&v/  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 F-nt7l  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 a36<S0R  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 1_'ZbZv4h  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 tn
sYY  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 f,$CiZ"  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Au {`oxD  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 HZm44y$/  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1yo@CaW[\  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 NO&OuiN  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 /swTn1<Y  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Og["X
0j  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 myYe~f4=HQ  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 %w@(V([(c  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 </fnbyGR  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 I%ez_VG  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 67e1Y@Xu  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 f?]cW h%  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 R'{V&H^Z  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 :+YFO.7  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
b`2~  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 =($qiL'h  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 k";;Snk  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 fhC=MJ @  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 (<f[$ |%  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 N>/U%01a  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 t+&WsCN  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 !:>y.^O  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 kqyY:J  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Jlzhn#5c-  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 }/=VnCfU  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 y.>r>o"0  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 V'9 k;SF  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 ;%U`P8b!  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 :!R+/5a  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 ie_wJ=s  
7 Composition of 3D numerical model 134 #):FXB$a  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 /g_}5s-Z  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 ?e BN_a,r6  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 55#H A?cR  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 $`uL^ hlj]  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Kp"o0fh<9  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 \Wo,^qR  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 O9qEKW)a  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 j3FDGDrg  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 k`N)-`O7  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 ON$u581 y  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 AttDD{Ta  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 rUj]6j=e  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 y:457R2F  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 UE(%R1Py  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 nzU@}/A/  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.8d"  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 [1N*mY;  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 wp} PQw:  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 GU_R6Wt+  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 pN?
  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 ,3x
3&c  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 HQ]g{JVld\  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 ba ,2.|  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 iLgWzA  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 D].1X0^hp  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 IAg#YFI  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated Wz9 }glr  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 ?-6oh~W<  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 mio\}SA  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 Ru2kC} Dx!  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 ;Lz96R@}  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 O[$&]>x]]  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 8E|S`I  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 TJ+yBMd*%  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 3C5<MxtK  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 +Ge-!&.;A  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 j134iVF%  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 JEj.D=@[  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228  d':c  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 <D=U=5  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 uP<
tP:  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 ZMoN  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 y1z4qSeM  
10 Concluding Remarks 242 fmFh.m.+N  
A Facade meshes with windows 248 F~4oPB K<  
B Beam element stiffness matrix 251 jgbE@IA@!'  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 u6;SgPw  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 QF Vy2 q  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 3y<;fdS7  
C Example beam properties calculation 255 !bRoNP  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 UhXZ^k3  
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！