Numerisk modellering och känslighetsanalys av tunneldeformationer i Londonlera

In dense cities, the interactions between all structures, from tall skyscrapers to complex underground tunnel systems, need to be carefully analysed as soon as a new project is considered. This is necessary because of the stress changes in the soil induced by each new construction. Demolishing a building could cause heave at the base of the excavation, deflections in supporting structures and settlements of the surroundings. The behaviour can be modelled in order to predict how large the deformations will be. This thesis investigates the effectiveness of such models. This is done through the application of a parameter sensitivity analysis on models created in Plaxis. The purpose of the analysis is to identify which factors cause discrepancies between the models and the actual displacements monitored on site. The project being examined is located in central London. The analysis focuses on the displacements of existing tunnels below the site caused by the demolition of two buildings. An analysis was carried out to investigate the significance of different parameters, of different material models and methods of analysis, of 3D effects and of inaccurate groundwater data. Ground investigations, laboratory tests and published data were the main sources used to collect reliable initial input parameters for the material models. A model was created in Plaxis 2D using the Mohr-Coulomb and the Hardening Soil with small-strain stiffness material models, using two types of undrained analysis. A model using the Mohr-Coulomb material model was created in Plaxis 3D as well. A sensitivity analysis was then carried out on the 2D models to identify which input parameters were most significant to the tunnel displacements. The results were compared to monitoring data and a back-analysis was carried out to produce more accurate results. The initial and adjusted input parameters were also tested on the 3D model. Finally, the groundwater level was altered. The results indicate that soil stiffness and effective cohesion are the most significant. Small-strain stiffness is shown to be especially important when analysing small tunnel deformation. The 3D model generally yielded more accurate results than the 2D model, while the groundwater level did not appear to affect the deformations.I tätbebyggda städer bör samspelet mellan olika konstruktioner, från skyskrapor till tunnelsystem, analyseras noga så fort ett nytt projekt ska påbörjas. Detta är kritiskt på grund av den förändrade spänningsfördelning som uppstår i marken vid varje ny byggnation. Marken häver sig, stödmurar deformeras och den omkringliggande marken sätter sig när en byggnad rivs. Denna process kan modelleras för att uppskatta hur stora deformationerna kommer att bli. Det här examensarbetet utvärderar hur effektiv en sådan modell är. En känslighetsanalys utfördes på modeller skapade i Plaxis. Syftet med denna analys är att undersöka vilka faktorer som orsakar skillnader mellan modellerna och mätdata. Projektet ligger i centrala London och analysen fokuserar på tunneldeformationer orsakade av att två byggnader rivs. Tunnlarna befinner sig i ett lager av Londonlera under byggarbetsplatsen. En analys utfördes för att undersöka huruvida olika parameterar, olika materialmodeller och analysmetoder, 3D effekter och grundvattennivån påverkar tunnelförflyttningarna. Markundersökningar, labbtester och publicerad data användes som grund för att bestämma indatavärden. En 2D modell skapades i Plaxis genom att använda materialmodellerna Mohr-Coulomb och ”Hardening Soil with small-strain stiffness”. En Mohr-Coulomb modell skapades dessutom i Plaxis 3D. En känslighetsanalys utfördes sedan på 2D modellen för att identifiera vilka parametrar som påverkade tunnelförflyttningarna mest. Resultaten jämfördes med mätdata och viktiga parameterar ändrades för att ge bättre resultat. Inverkan av att ändra dessa värden undersöktes även i 3D modellen. Slutligen undersöktes påverkan av en förhöjd grundvattennivå. Resultaten antyder att jordens styvhet och den effektiva kohesionen har störst inverkan på resultaten. Styvheten vid små töjningar visar sig vara särskilt viktigt eftersom deformationerna år små. 3D modellen gav generellt sätt mer korrekta resultat än modellen i 2D. En högre grundvattennivå påverkade inte resultaten nämnvärt