Modelling of a 3D excavation in finite element analysis

This paper investigates a number of issues related to the modelling of a retaining structure used to support an excavation in 3D finite element analyses. In particular, the effects of wall stiffness in different coordinate directions and the rotational fixity in the corner of the excavation are examined. Both square and rectangular excavations are analysed and compared with the equivalent axisymmetric and plane strain analyses, normally used as approximations for modelling purposes. The chosen geometry, construction sequence and soil conditions are based on a proposed deep excavation at Moorgate in London (next to the Moor House development), which will form part of an underground station for the Crossrail project. The objective of the study is to provide a detailed assessment of wall and ground movements and structural forces in the wall in the light of different modelling assumptions. The study has wider application to a variety of projects that include the development of infrastructure, the construction of deep basement car parks and buried structures, and the effect that these have on the surrounding areas.

Cet exposé étudie plusieurs questions liées à la modélisation d'une structure de soutènement utilisée pour soutenir une excavation dans les analyses d'éléments finis en 3D. Nous examinons plus particulièrement les effets de la rigidité du mur dans diverses directions coordonnées et la fixité rotationnelle dans l'angle de l'excavation. Des excavations carrées et rectangulaires sont analysées et comparées avec les analyses de déformations axisymétriques et planes équivalentes normalement utilisées comme approximations à des fins de modélisation. La géométrie, la séquence de construction et les conditions de sol choisies sont basées sur une excavation profonde proposée à Moorgate à Londres (près du développement de Moor House), qui fera partie d'une station souterraine du projet Crossrail. L'objectif de cette étude est de donner une évaluation détaillée des mouvements du mur et du sol ainsi que des forces structurales dans le mur à la lumière de différentes hypothèses de modélisation. Cette étude peut s'appliquer plus largement à une variété de projets qui incluent le développement infrastructural et la construction de parkings en sous-sol et de structures enterrées ; elle pourra s'appliquer aussi à l'effet que ces structures ont sur les zones environnantes.