Comparison of displacement field predicted by 2D and 3D finite element modelling of shallow NATM tunnels in clays

Vergleich der Prognose des Verschiebungsfeldes durch 2D- und 3D-FE-Modellierungen von seichten Tunneln im Ton

Die mit finiten Elementen mit ebenem Spannungszustand arbeitende 2D-Lastreduktionsmethode zur Simulierung von NÖTTunneln wird im vorliegenden Aufsatz im Vergleich zu vollen 3DSimulationen bewertet. Es wurden drei existierende oberflächennahe Stadttunnel in verschieden festen Tonböden simuliert. Das Bodenverhalten wurde durch ein komplexes, nicht-lineares Bodenmodell auf Basis der Hypoplastizitätstheorie beschrieben. In den 3D-Simulationen wurde das zeitabhängige Verhalten der Spritzbetonauskleidung untersucht, wohingegen in den Analysen der ebenen Spannungszustände die konstante, endgültige Festigkeit des Betons verwendet wurde. Die 2D-Analysen wurden auf diese Weise durch einen einzelnen Parameter bestimmt, der den 3D-Wirkungen Rechnung trägt. Die Untersuchung zeigt, dass für einen Optimalwert dieses Parameters das mittels der 2D-Methode prognostizierte Verschiebungsfeld weitestgehend mit den 3DSimulationen übereinstimmt. Nur in einigen Fällen war in unmittelbarer Nähe zum Tunnel eine Diskrepanz zu beobachten. Es wurde jedoch festgestellt, dass der bestimmende Parameter von der Art des simulierten Problems abhängt (für dasselbe Material) und auch von den Materialeigenschaften (für dasselbe Tunnelbauproblem). Für die Materialeigenschaften wurde festgestellt, dass der Schubmodul bei sehr kleinen Spannungen eine größere Rolle spielt als bei großen Spannungen. Der anfängliche K0-Lastzustand hatte keinen wesentlichen Einfluss auf den bestimmenden Parameter.