Subsoil movements forecasting using 3D numerical modeling

• Autorzy: Michalak Hanna , Przybysz Paweł

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.136478

Warianty tytułu

PL

Prognozowanie przemieszczeń podłoża gruntowego z wykorzystaniem modelowania numerycznego 3D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design of new investments with underground floors in the downtown urban fabric calls for determining its impact on existing, often historic, neighboring facilities. The article presents the results of own research on 3D spatial arrangement numerical modeling of this type of investment. The scope of the research includes the analysis of neighboring buildings (including historic buildings), construction of the 3D numerical model, and calibration of the subsoil model taking into account the actual results of geodetic measurements. Own research as well as the completed housing development complex in Poland, downtown Warsaw, including data from project design and implementation documentation serve as the basis for research and analysis. As a result of said research and analysis, it was found that 3D computational models allow mapping of actual impacts within the designed new buildings and neighboring buildings, and as consequence - after appropriate calibration - a good reflection of soil displacements in the area of the planned investment. The knowledge of the anticipated values of soil displacements related to erecting new buildings is necessary at the design and implementation stages to ensure safety in all phases of works of existing buildings.

PL

Projektowanie nowych inwestycji z kondygnacjami podziemnymi w śródmiejskiej tkance miejskiej wymaga określenia jej oddziaływania na istniejące, często zabytkowe, obiekty sąsiednie. W artykule przedstawiono wyniki badań własnych dotyczących modelowania numerycznego w układzie przestrzennym 3D tego rodzaju inwestycji. Zakres badań obejmuje, analizę sąsiedniej zabudowy (w tym zabudowy zabytkowej), budowę modelu numerycznego 3D, kalibrację modelu podłoża gruntowego przy uwzględnieniu rzeczywistych wyników pomiarów geodezyjnych. Podstawę badań i analiz stanowi przykład zrealizowanego zespołu zabudowy mieszkaniowej w śródmieściu Warszawy uwzględniający dane z dokumentacji projektowej i realizacyjnej inwestycji oraz doświadczenia własne. Do modelowania podłoża gruntowego układów „podłoże gruntowe - nowy kompleks budynków A, B i C - zabudowa sąsiednia” przyjęto parametry geotechniczne z dokumentacji technicznej obiektu, fazy prac wynikające z rzeczywistych etapów realizacji inwestycji. Wartości obciążeń od budynków, sposób i miejsca ich przyłożenia określono na podstawie analizy dokumentacji projektowej oraz doświadczeń własnych. Przestrzenny model numeryczny zbudowano w programie ZSoil 2016. Model odwzorowuje obszar o wymiarach 240 × 150 m. Podłoże gruntowe pod budynkami zamodelowano do głębokości 30 m poniżej poziomu terenu z wykorzystaniem modelu podłoża Mohra-Coulomba. W ramach kalibracji modelu podłoża gruntowego prowadzono wielokrotne symulacje komputerowe i analizowano uzyskiwane wyniki w zakresie przemieszczeń, a także integralności modelu. Kalibracja polegała na zwiększaniu wartości modułu odkształcenia pierwotnego gruntu znajdującego się na głębokościach poniżej poziomu rozpoznania w dokumentacji geotechnicznej.

Słowa kluczowe

EN

soil displacement; 3D numerical modelling; calibration; building subsidence; deep foundation; multi-storey underground

PL

przemieszczenie gruntu; modelowanie numeryczne 3D; kalibracja; osiadanie budynku; posadowienie głębokie; podziemie wielokondygnacyjne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 367--385
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Michalak Hanna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Architecture, Warsaw, Poland

autor

Przybysz Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Architecture, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. H. Michalak. S. Pęski, S. Pyrak, K. Szulborski, “On the impact of deep excavations on neighbouring buildings”, Inżynieria i Budownictwo, 1/1998, p. 12-15.
• 2. B. H. Bin-Chen, D. Sy-Dan, “Prediction of ground surface settlements caused by deep excavations in sands”, Geotechnical Engineering Journal of the SEAGS & AGSSEA, 2007. ISSN 0046-5828. https://www.researchgate.net/publication/282951671.
• 3. D. Agnella, W. J. Giannotti, M. A. Rosatti Filho, T. Oliveira Pires, “PAT TBM improving - a case study to Metro Sao Paulo”, Proceedings of the 9th International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in soft ground, 4-6 April 2017, Sao Paulo Brazil. [in] Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground - Negro & Cecilio Jr. (Eds.), Taylor & Francis Group, London 2018.
• 4. H. Michalak, K. Kościńska-Grabowska, “On designing underground extensions in existing heritage-listed buildings”, Underground Infrastructure of Urban Areas 4. CRC Press. A BALKEMA BOOK, Wrocław 25-26.10.2017.
• 5. H. Breymann, M. Freiseder, H. F. Schweiger, “Deep excavations in soft ground, in-situ measurements and numerical predictions”, Proceedings of the XIV International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Hamburg 1997.
• 6. J. B. Burland, B. Simpson, H. D. St. John, “Movements around excavations in London Clay”, Proceedings of the VII European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Brighton 1979.
• 7. I. F. Symons, D. R. Carder, “Field measurements on embedded retaining walls”, Geotechnique, 1/1992.
• 8. G. W. Clough, T. D. O’Rourke, “Construction induced movements of in-situ walls”, Proceedings of Conference on Design and Performance of Earth Retaining Structures, New York 1998.
• 9. M. Long, “Database for retaining wall and ground movements due to deep excavations”, Journal of the Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 3/2001.
• 10. L. Wysokiński, W. Kotlicki, “Protection of buildings adjacent to deep excavations”. Recommendation 376. Building Research Institute, Warsaw 2002.
• 11. U. Smoltczyk (eds.), “Geotechnical Engineering Handbook”. T. 1 - Fundamentals (2002); Vol. 2 - Procedures (2003); Vol. 3 - Elements and Structures (2003), Ernst & Sohn, A Wiley Company, Berlin.
• 12. H. Michalak, “Selected problems of designing and constructing underground garages in intensively urbanized areas”, [in] monograph edited by C. Madryas, B. Przybyła, A. Szot, “Underground Infrastructure of Urban Areas”. CRC Press / Balkema, Taylor & Francis Group, A Balkema Book, London UK, 2009, p. 193-201.
• 13. M. Korff, R. J. Mair, “Ground displacements related to deep excavation in Amsterdam”, Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, 2013, p. 2779-2782, http://www.cfms-sols.org/sites/default/files/Actes/2779-2782.pdf.
• 14. M. Korff, F. J. Kaalberg, “Monitoring dataset of deformations related to deep excavations for North-South Line in Amsterdam”, Proceedings of the 8th International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground- TC-204 ISSMGE: 25-27 August 2014, Seoul, Korea. [in] Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground - Yoo, Park, Kim & Ban (Eds) 2014 Korean Geotechnical Society, Seoul, Korea, p. 321-326. https://www.issmge.org/publications/online-library.
• 15. M. Korff, “Case Studies and Monitoring of Deep Excavations”, Proceedings of the 9th International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground- TC-204 ISSMGE: April 4-5, 2017, Sao Paulo, Brazil. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground - Negro & Cecilio Jr. (Eds.), Taylor & Francis Group, London. http://resolver.tudelft.nl/uuid:fe0af6c8-5588-4a06-8e8b-1c75af49ef28.
• 16. K. Józefiak, A. Zbiciak, “Numerical Analysis of Diaphragm Wall Model Executed in Poznań Clay Formation Applying Selected FEM Codes”, Archives of Civil Engineering, Vol. LXII ISSUE 3, 2016, 207-222, DOI: 10.1515/ace-2015-0093.
• 17. E. H. Ramadan, M. Ramadan, M. M. Khashila, M. A. Kenawi, “Analysis of Piles Supporting Excavation Adjacent to Existing Buildings”, Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013, p. 2835-2838. https://www.researchgate.net/publication/272507779.
• 18. T. Masuda, “A study of empirical correlation for lateral deflections of diaphragm walls in deep excavations”, [in]: Proceedings of the International Symposium on Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, London 1996.
• 19. H. Michalak, “Structural and spatial development of underground garages in highly urbanized areas”, Publishing House of Warsaw University of Technology, Architecture series - issue 2, edition I, Warsaw 2006, p. 25-51.
• 20. H. Liu, “Effect on Existing Building by Foundation Pit Excavation”, EJGE, Vol. 19, 2014, p. 6735-6746. http://www.ejge.com/2014/Ppr2014.610ma.pdf.
• 21. H. Liu, “Existing Building Stability Evaluation by Deep Foundation Pit Construction of Subway Station”, EJGE, Vol. 20, 2015, p. 1857-1868. http://www.ejge.com/2015/Ppr2015.0256xg.pdf.
• 22. H. Michalak, K. Kościńska–Grabowska, P. Przybysz, “3D numerical modelling as a tool supporting the design of underground part extension in historic buildings”, Inżynieria i Budownictwo, 12/2018, p. 637-641.
• 23. H. Michalak, K. Kościńska–Grabowska, “On designing underground extensions in existing heritage-listed buildings”, [in] monograph edited by Madryas C, Kolonko A, Nienartowicz B, Szot A. Underground Infrastructure of Urban Areas 4. CRC Press / Balkema Publisher, Taylor & Francis Group, A Balkema Book, London UK 2018, p. 149-160.
• 24. P. Popielski, “Determination of enhanced soil parameters. Back analysis in practical issues of building foundation using the HYDRO-GEO package”, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, 9-10 / 2007.
• 25. A. Truty, “Soil stiffness in the scope of small deformations. Numerical modelling aspects”, Czasopismo Techniczne, 3-Ś/2008, p. 107-128.
• 26. T. Godlewski, “Evaluation of stiffness degradation curves from in situ tests in various soil types”, Archives of Civil Engineering, VOL. LXIV ISSUE 4 2018, 285-305, DOI: 10.2478/ace-2018-0075.
• 27. K. Józefiak, A. Zbiciak, “Secondary consolidation modelling by using rheological schemes”, MATEC Web of Conferences 117, 00069 (2017), 1-6. DOI: 10.1051/matecconf/201711700069. XXVI R-S-P Seminar 2017, Theoretical Foundation of Civil Engineering.
• 28. S. Commend, S. Kivell, R. Obrzud, K. Podleś, A. Truty, T. Zimmermann, “Computational Geomechanics on PC”, Rossolis Editions, Switzerland, 2016.
• 29. R. Obrzud, K. Podleś, “Examples of large-scale simulations of soil–structure interaction with ZSoil”, Lausanne 2016.
• 30. R. Obrzud, M. Preisig, “Large scale 3D numerical simulations of deep excavations in urban areas - constitutive aspects and optimization”, Geotechnique Suisse 167, 2013.
• 31. D. Siwik, C. Miedziałowski, “Static analysis of building structures located in the zone of impact of deep foundation”, Inżynieria i Budownictwo, 11/2014, p. 612-615.
• 32. D. Siwik, C. Miedziałowski, “Strength analysis of the construction of buildings located in the zone of impact of deep foundation”, Inżynieria i Budownictwo, 12/2014, p. 662-664.
• 33. J. Domurad, P. Kościuch, J. Domurad, R. Karwan, „Projekt konstrukcyjny ścian szczelinowych tymczasowego rozparcia i pali Solec - Ludna - Wilanowska”, Warsaw, Poland, 2016.
• 34. P. Korczak, „Dokumentacja pomiarów geodezyjnych Solec/Ludna/Wilanowska”, Warsaw, Poland, 2016-2018.
• 35. S. Kuryłowicz, E. Kuryłowicz, T. Gientka, M. Krześniak, K. Miklaszewska, M. Pianko, M. Tęskny, P. Kuczyński, „Projekt architektoniczny zabudowy mieszkaniowej z garażem podziemnymi i usługami ul. Solec/Ludna/Wilanowska”, Warsaw, Poland, 2010-2017.
• 36. K. Szulborski, A. Majewska, H. Michalak, T. Paziewski, S. Pęski, P. Przybysz, S. Pyrak, „Ekspertyzy techniczne sąsiedniej zabudowy i ocena wpływu realizacji zespołu mieszkaniowego SBM TORWAR przy ul. Solec/Ludna/Wilanowska w Warszawie”, Warsaw, Poland, 2010.
• 37. W. Wolski with the team, „Dokumentacja geologiczno-inżynierska ustalająca geotechniczne warunki posadowienia dla potrzeb projektu inwestycji zlokalizowanej w rejonie ul. Ludnej i ul. Solec w Warszawie”, Warsaw, Poland, 2009.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).