Design approach for the hybrid underground station at Union ...

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Design approach for the hybrid underground station at Union ...

T. Marcher/T. Aydogmus/M. John/M. E. Fowler · Design approach for the hybrid underground station at Union Square/Market Street in San Francisco

Fig. 6. Numerical model and generalized geotechnical model

Bild 6. Numerisches und vereinfachtes geotechnisches Modell

based on a hyperbolic relationship between axial strain

and deviatoric stress. It accounts for shear and volumetric

hardening, includes a stress-dependent stiffness distinguishing

between primary loading and unloading/reloading,

and incorporates the Mohr-Coulomb (MC) failure criterion.

The material properties of all structural continuum

elements are represented with an elasto-plastic constitutive

law, the MC criterion. For TP and IL, an elastic-perfectly

plastic material model and for the TBM an elastic

material model are used.

For the geometry, mesh and boundary conditions of

the numerical model see Figure 6, which also includes the

ground conditions. The domain analyzed has been chosen

large enough so that the boundaries do not affect the accuracy

of the results. The mesh consists of approximately

3,120 15-noded elements, which is refined in areas where

high stress gradients can be expected. The design groundwater

levels are assumed to be 7.5 m below ground surface

for long term condition and 12 m below ground surface

for short-term condition.

The numerical analyses of the UMS station regard

the various construction phases of the platform box and

platform bulb to account for soil-structure-interaction and

load sharing effects. The excavation is modeled in stages

to account for excavation sequences. The design analysis

starts with the defined primary stress field prior to excavation

and models major stages of excavation together with

the corresponding support measures. The stages of construction

modeled in analyses are shown in Figure 7.

394 Geomechanics and Tunnelling 2 (2009), No. 4

Elementen nachgebildet. Für die Zugpfähle (TP) werden

Cable-Elemente, die nur Zugkräfte aufnehmen können,

verwendet. Interface-Elemente kommen am Kontakt zwischen

Baugrund und Bauwerk zum Einsatz.

Zur Modellierung des Materialverhaltens einzelner

Bereiche des Baugrunds wird das Hardening-Soil Materialmodell,

ein elasto-platisches Materialgesetz, verwendet.

Dieses Materialmodell beschreibt eine hyperbolische

Beziehung von axialer Verzerrung und Deviatorspannung.

Es berücksichtigt sowohl Schub als auch volumetrische

Verfestigung, die spannungsabhängige Steifigkeitsänderung

unterscheidet zwischen Erstbelastung und Ent-/Wiederbelastung

und basiert auf dem Bruchkriterium nach

Mohr-Coulomb (MC).

Die Materialeigenschaften aller Kontinuums-Elemente

des Bauwerks werden mit elasto-plastischem Materialverhalten

nach MC modelliert. Die TP und IL werden mit

einem elastisch-ideal plastischem, die Auskleidung der

TBM-Tunnel mit elastischem Materialverhalten nachgebildet.

Bild 6 zeigt die Geometrie, das Netz und die Randbedingungen

ebenso wie die Baugrundverhältnisse. Der

Berechnungsausschnitt wurde groß genug gewählt, um

Randeinflüsse auf die Berechnungsergebnisse auszuschließen.

Das Netz besteht aus ungefähr 3.120 15-knotigen

Elementen, und ist in Bereichen, in denen hohe Spannungsgradienten

erwartet werden, weiter verfeinert. Der

Bemessungsgrundwasserspiegel befindet sich 7,5 m unter

der Geländeoberfläche für die Langzeitbetrachtungen und

12 m für die Kurzzeitbetrachtungen.

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