A Thesis presented to the Department of Geophysics of the University of the Witwatersrand, Johannesburg / Violent failure of the rock surrounding under ground excavations forms a major hazard and obstacle in deep-level mining. (Abbreviation abstract) / AC 2018

[pt] O comportamento de uma escavação grampeada em solo residual de gnaisse foi avaliado por um programa de monitoramento geotécnico do maciço reforçado. Diversas obras estão sendo realizadas no país, sem conhecimentos detalhados sobre as deformações inerentes à técnica e sobre os mecanismos de interação solo-grampo. No Brasil, menos de 10% das obras de solo grampeado utilizaram algum tipo de instrumentação. Esta pesquisa teve por objetivo a análise de uma escavação em solo residual reforçada com grampos. A escavação foi instrumentada para o monitoramento dos deslocamentos do maciço e dos esforços nos grampos. Um extenso programa experimental de ensaios de campo e laboratório foi executado para fornecer os parâmetros geotécnicos utilizados nas análises computacionais. A escavação grampeada teve cerca de 40m de altura, constituindo uma experiência inédita no país e talvez no mundo. Devido a esta altura, os grampos superiores foram instalados com comprimentos de até 24m. O comportamento do talude foi influenciado pelo processo executivo e por uma outra escavação no terreno vizinho. O monitoramento indicou que os deslocamentos do maciço e os esforços nos grampos cresceram significativamente com o avanço da escavação e não cessaram ao final da obra. Os grampos trabalharam predominantemente à tração, com momentos fletores pouco significativos. Os valores de tração estimados na fase de projeto diferiram dos resultados obtidos na instrumentação. A distribuição dos esforços de tração foi influenciada pelas características geológicas do maciço. A tração máxima (Tmáx) teve uma posição variando com a profundidade e a inclinação do talude, e uma magnitude aumentando exponencialmente com o avanço da escavação. A tração na face (To) foi de 0,3 a 0,6 de Tmáx. A resistência mobilizada no contacto solo- grampo não ultrapassou 35% do valor de qs medido nos ensaios de campo. / [en] The behavior of a nailed excavation in gneissic residual soil has been studied by a comprehensive research program, including instrumentation, field and laboratory tests and numerical analyses. Soil nailing is becoming a popular stabilization technique in Brazil. However, a solid knowledge about the soil-nail interaction is still lacking. There are a few studies about the inherent deformations of the reinforced mass and the magnitude of nail`s stresses. In Brazil, less than 10% of stabilization works have some type of instrumentation. The main objective of this research was monitoring and analysing a 40m high soil nailed slope excavation. Due to this unique height, the upper nails were installed with 24m length. The slope behavior was influenced by several factors, such as the construction technique and a subsequent excavation at one adjacent site. The results indicated a significant increase of reinforced mass displacements and of the nail s mobilized tension during the progress of the excavation. These did not cease after the end of the excavation, due to the adjacent work. During and after construction, the nails worked predominantly in tension. Estimated tension loads in the project phase were compared with the instrumentation s results. The stress distribution was influenced by local geology. The maximum axial force (Tmáx) increased exponentially with the progress of the excavation and its position, in each nail, varies with the slope s depth and inclination. The magnitude of the axial load in the excavation face is observed to be between 0,3 and 0,6 of Tmáx. The mobilization of the reinforcement elements was smaller than 35% qs.

Estuda-se uma combinação do método dos elementos finitos (MEF) com o método dos elementos de contorno (MEC) no acoplamento de uma estrutura reticulada em um domínio bidimensional. Para o caso em análise, os elementos uniaxiais são tratados através do MEF, enquanto que o MEC é utilizado na modelagem do meio contínuo que pode ser homogêneo ou não-homogêneo. Em problemas geomecânicos, é possível simular a sequência de escavação com as modificações estruturais necessárias. As equações do domínio bidimensional, com a influência das estruturas reticuladas, são agrupadas em um sistema que é resolvido pelo algoritmo proposto por Crotty. Utilizando-se o método dos elementos de contorno, a plasticidade do meio contínuo é analisada com um procedimento incremental e iterativo baseado no processo das tensões iniciais. / A combination of finite element method boundary element method (MEC) is studied (MEF) with the for the frame structure and two-dimensional domain. In the analyzed case, the uniaxial elements are treated by MEF, while the MEC be used to model the continuum media which can is homogeneous or not. In geomechanical problems, it is possible to simulate a sequence excavation with the necessary structural modifications. The equations of the two-dimensional domain with the influence of the frame structure, are assembled in the system which is solved by algorithm proposed by Crotty. Using the boundary element method, it is analyzed the plastic behavior of a continuum media by an incremental and iterative procedure, which is based in the initial stress process.

Estuda-se uma combinação do método dos elementos finitos (MEF) com o método dos elementos de contorno (MEC) no acoplamento de uma estrutura reticulada em um domínio bidimensional. Para o caso em análise, os elementos uniaxiais são tratados através do MEF, enquanto que o MEC é utilizado na modelagem do meio contínuo que pode ser homogêneo ou não-homogêneo. Em problemas geomecânicos, é possível simular a sequência de escavação com as modificações estruturais necessárias. As equações do domínio bidimensional, com a influência das estruturas reticuladas, são agrupadas em um sistema que é resolvido pelo algoritmo proposto por Crotty. Utilizando-se o método dos elementos de contorno, a plasticidade do meio contínuo é analisada com um procedimento incremental e iterativo baseado no processo das tensões iniciais. / A combination of finite element method boundary element method (MEC) is studied (MEF) with the for the frame structure and two-dimensional domain. In the analyzed case, the uniaxial elements are treated by MEF, while the MEC be used to model the continuum media which can is homogeneous or not. In geomechanical problems, it is possible to simulate a sequence excavation with the necessary structural modifications. The equations of the two-dimensional domain with the influence of the frame structure, are assembled in the system which is solved by algorithm proposed by Crotty. Using the boundary element method, it is analyzed the plastic behavior of a continuum media by an incremental and iterative procedure, which is based in the initial stress process.

A presente dissertação aborda o estudo dos efeitos de escavações realizadas acima de túneis já executados. Os trabalhos mais relevantes envolvendo a interação entre escavações e túneis já existentes são apresentados e discutidos. São realizadas simulações numéricas de casos hipotéticos, em estado plano de deformações utilizando o modelo de Mohr-Coulomb, permitindo a identificação dos parâmetros mais relevantes para esse tipo de problema e suas influências nos resultados. É discutido o comportamento mais rígido do maciço durante as trajetórias de descarregamento, bem como qual o módulo de elasticidade mais adequado para representar o fenômeno. Modelagens numéricas de um caso real em São Paulo (a escavação dos subsolos do edifício Stan Paulista, acima de túneis do Metrô) são realizadas, utilizando o modelo e os conceitos estudados. Os resultados obtidos das simulações são discutidos e comparados com os valores de instrumentação. Constata-se que a metodologia utilizada para a análise dos efeitos de escavações acima de túneis já existentes pode ser utilizada na avaliação de outros casos. / The presented research approaches the study of excavations effects above existing tunnels. Some of the most relevant papers related to interaction between excavation and tunnels are presented and discussed. Numerical simulations of hypothetic cases assuming plane strain condition and Mohr-Coulomb model for soil behavior are performed, allowing the study of influence of input parameters in the results. It is discussed behavior of the soil in stress paths that indicates reduction of the mean stress, wich is more rigid than the triaxial compression path. It is also discussed wich is an appropriate elastic modulus to be used in this situation. A real case (basement excavation of Stan Paulista building, above Metrô tunnels) is analyzed with numerical models, utilizing the concepts studied. The results of the simulations are compared with field instrumentation data. It is concluded that the methodology used for the analysis of the effect of excavation above existing tunnels can be utilized in other cases.

Ústav hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta MATEMATICKÉ MODELOVÁNÍ HLUBOKÉ STAVEBNÍ JÁMY V PÍSCÍCH diplomová práce Martina Tichovská Vedoucí diplomové práce: RNDr. David Mašín, PhD, MPhil. Praha, Srpen, 2012 Abstract Nowadays, mathematical modeling is a very discussed in geotechnics and used in many geotechnical applications. And it became more popular. The main aim of this work is to show suitability of constitutive modeling for prediction of deep ground excavation behavior in sandy soil. The temporary excavation is part of a tunnel portal 513 on an outer road bypass in Prague. In places the pit reaches almost 30 m depth. Mohr-Coulomb constitutive model and advanced hypoplastic model for coarse grain soils supplemented by intergranular strain concept were chosen for this application. Calculations demonstrated different results in soil behavior predicted by each model. Calculated results were compared with measured data from excavations monitoring. These show hypoplastic model as more realistic for deformation prediction.

Atualmente, a escavação de túneis rasos em regiões densamente ocupadas requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências em estruturas próximas. Um importante passo é a previsão dos efeitos da escavação, principalmente no que concerne à geração de recalques. As redes neurais artificiais (RNAs) aparecem como uma nova ferramenta para auxiliar o entendimento desses fenômenos. Isso porque a rede neural possui a capacidade de realizar generalizações, isto é, após a rede aprender características de uma categoria geral de dados baseada em uma série de exemplos daquela categoria, a rede pode apresentar respostas idênticas ou similares às respostas treinadas para entradas não treinadas. Nesse trabalho, realiza-se a aplicação de redes neurais artificiais para os dados das linhas 1 e 2 do metrô de São Paulo, onde se observa a influência de alguns parâmetros e a melhoria significativa de previsão da rede neural devido à utilização de algumas técnicas no tratamento e manuseio dos dados. Dentre as técnicas de tratamento de dados utilizadas destaca-se a adimensionalização dos dados por parâmetros da própria obra garantindo melhor estabilidade à rede e melhor capacidade de previsão. Análises de sensibilidade também são realizadas para contemplar o tipo de influência que cada parâmetro exerceu nos recalques obtidos. / Excavating shallow tunnels in densely occupied areas currently requires strict precautions to reduce risks and possible effects on nearby structures. Being able to predict excavation effects and particularly settlement - related effects is an important step forward in this respect. Artificial neural networks (ANNs) have emerged as a new tool for analyzing geotechnical problem. Longstanding problems have been solved and conventional solutions enhanced as the ability to generate more information grows and the understanding of obscure points is deepened. Neural networks have the ability to make generalizations: once a network has learned the characteristics of a general category of objects based on a series of examples from this category, it can provide identical or similar responses to trained responses for non-trained inputs. This study uses artificial neural networks to analyze data from São Paulo subway line 1 and 2 to observe the effects of certain parameters and notes significantly enhanced neural network predictive ability due to the use of certain data processing techniques. The study also sets out to show that the use of dimensionless data in training may upgrade the predictive ability of the model. Knowledge acquired was applied to further develop use of this technique for tunnel instrumentation.

Atualmente, a escavação de túneis rasos em regiões densamente ocupadas requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências em estruturas próximas. Um importante passo é a previsão dos efeitos da escavação, principalmente no que concerne à geração de recalques. As redes neurais artificiais (RNAs) aparecem como uma nova ferramenta para auxiliar o entendimento desses fenômenos. Isso porque a rede neural possui a capacidade de realizar generalizações, isto é, após a rede aprender características de uma categoria geral de dados baseada em uma série de exemplos daquela categoria, a rede pode apresentar respostas idênticas ou similares às respostas treinadas para entradas não treinadas. Nesse trabalho, realiza-se a aplicação de redes neurais artificiais para os dados das linhas 1 e 2 do metrô de São Paulo, onde se observa a influência de alguns parâmetros e a melhoria significativa de previsão da rede neural devido à utilização de algumas técnicas no tratamento e manuseio dos dados. Dentre as técnicas de tratamento de dados utilizadas destaca-se a adimensionalização dos dados por parâmetros da própria obra garantindo melhor estabilidade à rede e melhor capacidade de previsão. Análises de sensibilidade também são realizadas para contemplar o tipo de influência que cada parâmetro exerceu nos recalques obtidos. / Excavating shallow tunnels in densely occupied areas currently requires strict precautions to reduce risks and possible effects on nearby structures. Being able to predict excavation effects and particularly settlement - related effects is an important step forward in this respect. Artificial neural networks (ANNs) have emerged as a new tool for analyzing geotechnical problem. Longstanding problems have been solved and conventional solutions enhanced as the ability to generate more information grows and the understanding of obscure points is deepened. Neural networks have the ability to make generalizations: once a network has learned the characteristics of a general category of objects based on a series of examples from this category, it can provide identical or similar responses to trained responses for non-trained inputs. This study uses artificial neural networks to analyze data from São Paulo subway line 1 and 2 to observe the effects of certain parameters and notes significantly enhanced neural network predictive ability due to the use of certain data processing techniques. The study also sets out to show that the use of dimensionless data in training may upgrade the predictive ability of the model. Knowledge acquired was applied to further develop use of this technique for tunnel instrumentation.

octor of Philosophy(PhD) / Molecular Evolution is the key to explain the divergence of species and the origin of life on earth. The main task in the study of molecular evolution is the reconstruction of evolutionary trees from sequences data of the current species. This thesis introduces a novel algorithm for inferring evolutionary trees from genetic data using quartet-based approach. The new method recursively merges sub-trees based on a global statistical provided by the global quartet weight matrix. The quarte weights can be computed using several methods. Since the quartet weights computation is the most expensive procedure in this approach, the new method enables the parallel inference of large evolutionary trees. Several techniques developed to deal with quartets inaccuracies. In addition, the new method we developed is flexible in such a way that can combine morphological and molecular phylogenetic analyses to yield more accurate trees. Also, we introduce the concept of critical point where more than one possible merges are possible for the same sub-tree. The critical point concept can provide information about the relationships between species in more details and show how close they are. This enables us to detect other reasonable trees. We evaluated the algorithm on both synthetic and real data sets. Experimental results showed that the new method achieved significantly better accuracy in comparison with existing methods.

<p>There are none known Bronze Age settlement on Gotland, although there are severalexcavation reports that mention that they have found a probable Bronze Age settlement. In the excavation that have been done in the study areas, there are Bronze Age dated hearths, cooking pits and post holes. These study areas have been investigated if they might be possible Bronze Age settlements. This paper discusses about the criteria of settlements and also investigate if the study areas meet those criterias. There are many different criteria for settlement but only the criteria of FMIS are used in the study. There are also different criteria for hearths and cooking pits, what separates them from each other. There have been measures on the distance between different landscape variables in the study areas to see if there are any differences or similarities between the different study areas.</p>