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

1 Introduction 1 k
^c=y<I  
2 Review of Literature 3 NP'Ke:  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ?^ezEpW  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 UMQW#$~C{g  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 UQ])QTrZFi  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 E(kpK5h{  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 `)M\(_  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 oV>AFs6  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ESjJHZoD(  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 sJK:xk.6!  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 IPi<sE  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 ~Z6p3# !o  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 DPQGh`J  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 ^.kAZSgO  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 V,"iMo  
3 Aims and Outline 43 9^#gVTGXv  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 w<>6>w@GZ  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 vq:OH H  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 <`j[;>O  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 |z.GSI_!)  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Fr3d#kVR  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 A6UdWK  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 )Z8"uRTb0  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 B?lBO V4v4  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 J={OOj  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 E7NbP
Nd  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 7hN6IP*so  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 Pm#x?1rAj  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Q_]!an(  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 |
IX`(  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 ELrZ8&5G  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 L>~@9a\jO  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 UC+7-y,
  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 *0&4mi8  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 /,Dwu?Lcqp  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 N[bR&#p  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 y@kcXlY  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 [Zt# c C+  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Z.aLk4QO@  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 ]D?# \|  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 qb-2QPEB  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 R?bn,T>  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 ~~xyFT+{F  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 OC?Zw@  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 UVT
>7  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 <;z[+6T  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 o%Uu.P  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 zM_
DE   
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 &*(n<5wt  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 pAJ=f}",]E  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 *Nvy+V  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 %;pD8WgJA  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 YW8K $W  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 0NL :z1N-h  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Xzx[C_G  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 3AdP^B<  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 <S\;k@f  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 H_%d3 RI  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 !sg%6H?}  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 kF(Ce{;z  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 jo,6Aog|u  
7 Composition of 3D numerical model 134 K[Yc<Q  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 (@%XWg  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 -@%t"8  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 -d|BO[4j  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 n\Z^K  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 W$z#ssr  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 I$aXnd6)  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 "2ZIoa!^  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 ((-aC`  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 ~8jThi U  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 _wm
~}_Q  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 2-8YSHlh  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 "NxOOLL  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 pGY [f@_x-  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 <8iYL`3  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 nA>*IU[  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 w|&,I4["  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 vAi"$e  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 CIIY|DI`l  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 +*n]tlk  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 $=\d1%_R|  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 P\.WXe#j  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 A)OdQFet(  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 D._{E*vg  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 !K!)S^^Po?  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 vZ:G8K)o(  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 IS-}:~Pi  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated \.5F](:  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 s5Pq$<  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 dI!8S  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 I9;xzES  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 OSU{8.  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 |Es
0[cU  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 &xgZFSq  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 5$anqGw  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 FU[*8^Z  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7@JjjV  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Y^4q9?2G  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 {&E?<D2_&  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 gRHtgR)T3  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Z?-;.G*  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 \e_IFISC  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 '[%jjUU  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 XJc ,uj7  
10 Concluding Remarks 242 -ovoRI^6`}  
A Facade meshes with windows 248 7"#f!.E  
B Beam element stiffness matrix 251 '(tj[&aL  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 v_.HGGS  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Vn^)  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 0iF-}o  
C Example beam properties calculation 255 r5[4h'f  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 ;uK";we  
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！