Детальная информация

This thesis focuses on the study of Assessing the Impact of New Construction on Existing Foundations". Also focuses on the study of complex interactions between new construction projects and existing foundations in dense urban environments, as well as the development of methodologies to minimize negative impacts. Urban densification now requires construction in close proximity to existing structures, creating significant challenges in predicting and mitigating induced settlements The research set the following objectives: 1. Develop detailed 3D finite element models to simulate soil-structure interaction under various protection scenarios. 2. Quantitatively assess the impact of new construction on the settlement of adjacent existing foundations. 3. Compare the effectiveness of different protection strategies (no protection, geotechnical barriers, sheet pile walls). 4. Integrate machine learning algorithms to accelerate settlement prediction during the pre-design phase. 5. Conduct a cost-effectiveness analysis of protection methods to formulate practical recommendations. The work was carried out at Peter the Great Polytechnic University in St. Petersburg, and included the collection of geotechnical data, the development of numerical models, and the analysis of different protection scenarios. The calculations performed during the research demonstrate how different protection approaches influence the settlement of existing foundations. The analysis was conducted using numerical modeling using PLAXIS 3D and validated using machine learning techniques. The study resulted in a comparative analysis of protection strategies, with precise calculations of their performance. Effective technological recommendations were developed for eliminating excessive settlement, identifying sheet pile walls as the optimal solution despite their higher cost. The unprotected excavation results in an unacceptable settlement of 40 mm; geotechnical barriers reduce this settlement to 30 mm (the regulatory limit), while the sheet pile walls eliminate any additional settlement. The computing technologies used during this work include PLAXIS 3D finite element modeling software for complex geotechnical simulationsand MATLAB, Python machine learning libraries (scikit-learn, TensorFlow, Keras) for developing predictive neural networks, AutoCAD and Civil 3D for preparing geometric models, and Tableau and Microsoft Excel for analyzing and visualizing results.

В этой диссертации основное внимание уделяется изучению сложных взаимодействий между новыми строительными проектами и существующими фундаментами в плотной городской среде, а также разработке методологий для минимизации негативных воздействий. Уплотнение городской застройки теперь требует строительства в непосредственной близости от существующих сооружений, что создает значительные проблемы в прогнозировании и смягчении вызванных осадок. Исследование поставило следующие цели: 1.Разработать подробные трехмерные конечно-элементные модели для моделирования взаимодействия грунта и конструкции при различных сценариях защиты. 2.Количественно оценить влияние нового строительства на осадку соседних существующих фундаментов. 3.Сравнить эффективность различных стратегий защиты (отсутствие защиты, геотехнические барьеры, шпунтовые стенки). 4. Интегрировать алгоритмы машинного обучения для ускорения прогнозирования осадки на этапе предварительного проектирования. 5.Провести анализ экономической эффективности методов защиты для формулирования практических рекомендаций. Работа проводилась в Политехническом университете Петра Великого в Санкт-Петербурге и включала сбор геотехнических данных, разработку численных моделей и анализ различных сценариев защиты. Расчеты, выполненные в ходе исследования, демонстрируют, как различные подходы к защите влияют на осадку существующих фундаментов. Анализ проводился с использованием численного моделирования с использованием PLAXIS 3D и подтверждался с использованием методов машинного обучения. В результате исследования был проведен сравнительный анализ стратегий защиты сточными расчетами их эффективности. Были разработаны эффективные технологические рекомендации по устранению чрезмерной осадки, определив шпунтовые стенки как оптимальное решение, несмотря на их более высокую стоимость. Незащищенная выемка грунта приводит к неприемлемой осадке в 40 мм; Геотехнические барьеры снижают эту осадку до 30 мм (нормативный предел), в то время как шпунтовые стенки исключают любую дополнительную осадку. Вычислительные технологии, используемые в ходе этой работы, включают программное обеспечение для конечно-элементного моделирования PLAXIS 3D для сложных геотехнических симуляций, а также библиотеки машинного обучения Python (scikit-learn, TensorFlow, Keras)для разработки предиктивных нейронных сетей, AutoCAD и Civil 3D для подготовки геометрических моделей, а также Tableau и Microsoft Excel для анализа и визуализации результатов.

• 1.1. CHAPTER OPENING
  • 1.1.1 Background
  • 1.1.2 Objectives
  • 1.1.3 Scope of Study
• 1.2. LITERATURE REVIEW
  • 1.2.1 Historical Development of Numerical Methods
  • 1.2.2 Challenges and Limitations
  • Finite Element Grid
  • Initial stress state
  • Construction stages
  • Boundary conditions
  • Drainage conditions
  • Continuous media model for the ground
  • Solver Settings
  • 1.2.3 Gaps in Knowledge
  • 1.2.4 Software Capabilities
• 1.3. NUMERICAL MODELING PROCESS
  • 1.3.1 Determination of Calculation
    • Input data for calculation
    • Construction site data
• Soil data
  • 1.3.2 Geometry
  • 1.3.3 Finite Element Grid
• Quality of the grid of the finite elements
  • 1.3.4 Groundwater Influence
    • 1.3.4.1 Types of Pore Pressure
• Steady-state pore pressure
• Excess pore pressure
• Total pore pressure
  • 1.3.4.2 Drained and undrained behavior
  • Undrained behavior corresponds to the unstabilized
  • 1.3.4.3 Consolidation Processes
  • 1.3.5 Construction Stages
    • 1.3.5.1 Cracking
    • 1.3.5.2 Nonlinear models
    • 1.3.5.3 Concrete mixture
  • 1.3.6 Interaction Between Soil and Structures
    • 1.3.6.1 Impact of the rigidity of the structure
  • Bed ratio
• Conclusion
• 2.1. SITE ENGINEERING AND GEOLOGICAL CONDITIONS
  • 2.1.1 Engineering and geological structure of the
  • 2.1.2 Physical and mechanical characteristics of s
  • 2.1.3 Hydrogeological conditions of the site
  • 2.1.4. Preliminary calculation of the zones of inf
  • 2.1.5 Brief description of the existing building 3
    • 2.1.5.1 Plan of the land plot with existing buildi
    • 2.1.5.2 Brief description of the structures and te
    • 2.1.5.3 Brief description of the design and techni
• 3.1. ESTIMATED ASSESSMENT OF THE IMPACT OF NEW CON
  • 3.1.1 Design scheme, boundary conditions and param
• c – cohesion, kN/m2;
  • 2.1.2 Variant one: numerical modeling with an asse
• Brief conclusions on the calculations
  • 2.1.3 Variant two: numerical modeling with protect
  • 3.1.4 Variant three: numerical modeling of the imp
  • 3.1.5 Cost-Effectiveness Analysis
    • 3.1.5.1 Economic Evaluation
    • 3.1.5.2 Cost-Effectiveness Ratio (CER)
• 3.2. APPLICATION OF MACHINE LEARNING IN SETTLEMENT
  • 3.2.1 Machine Learning Model Structure
  • 3.2.2 Comparative Model Performance
  • 3.2.3 Implementation Methodology
  • 3.2.4 Limitations and Future Developments
• CONCLUSION
• TECHNICAL REGULATIONS
• 1. SP 446.1325800.2019 Engineering and geological