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UC-1 Series Geotechnical Analysis
 
UC-1  弹塑性地盘分析(GeoFEAS) 2D Ver.2
静力条件下进行地盘的应力~变形分析的FEM分析程序
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地盘分析宣传册
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  Q&A (产品评价、导入时起重作用的Q&A)
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 1.功能·概要

Q1-1. 通过隧道挖掘周边地盘的变形分析中可以进行「挖掘解放率」的设定吗?另外,并设隧道的挖掘中,先行隧道的「挖掘解放率」未满100%的状态下,可以输入后行隧道的挖掘吗?
A1-1. 挖掘解放率可以设定。例如,
  1. Stage1中自重计算
  2. Stage2中挖掘先行隧道。
    该先行隧道的解放率为40%、接下来的Stage3设定剩余的60%。
  3. Stage3中挖掘后行隧道。
    此后行隧道的解放率设定为100%。
可进行诸如此类的阶段施工讨论。
本程序中,[阶段设定]窗口的[要素定义]标签的右侧并列的按钮群的最下数第2个,有[应力解放率的设定]按钮,可通过这个进行设定。
 
Q1-2. 请教「弹塑性地盘分析(GeoFEAS)2D」的斜面安定分析和「斜面的安定计算」的区别。
A1-2. 「弹塑性地盘分析(GeoFEAS)2D」的斜面安定分析是,选择剪切強度低减法的选项进行弹塑性分析,程序内的计算上一点点减少剪切強度的过程中,斜面内因为会发生大剪切变形,此面(画面上视为线)作为滑动面,此时低减的分配作为全体安全率分析。为此,有限要素分析的模型可求得滑动面的安全率。
另一方面,「斜面的安定计算」中依据极限平衡理论力的相称,通过圆弧相对假想设置的滑动面进行安定计算,关于假定的滑动圆反复进行安全率的计算,最终对最小安全率的滑动圆求解计算。
以往的研究中有两者的结果大致一致的报告。
 
Q1-3. 粘性土中预想发生压密下沉侧方位移。想分析相对桥台的影响,该运用怎样的土模型(构成规则)。
A1-3. 压密计算按有限要素分析理论进行的情况,导入了需要的Cam Clay模型、关口太田模型的程序,本程序中没有这样的模型。
但是,单纯从弹性论上的范围,考虑周边地盘的侧方变形的话,运用像线形弹性或摩尔库仑一样的土模型(构成规则)可进行分析。
 
Q1-4. 斜面的计算中,考虑地下水位的情况和不考虑的情况按2种情况计算,是单独实行较好,还是分阶段实行较好?
A1-4. 关于考虑地下水位和不考虑的情况,一个数据中分阶段时,因为承继前阶段的应力等需要注意。另行制作別的数据可根据目的进行分析。
 
Q1-5. 想分析堤防的地震时,要素模型中设定「液状化模型、低减模型」根据地震,加载水平惯性力进行分析是可实现的吗?
A1-5. 作为程序上的菜单,可进行设定。但是,液状化时的计算是遵照「河川结构物的抗震性能校核规范」进行的特殊处理。同规范中因为不会作为水平惯性力加载,液状化模型中应当尽量避免。
本来、液状化现象是由于地震发生的间隙水压,多少有些时滞地盘的刚性变小,由于自重而下沉。从实际现象可以看到,加载地震时,瞬间(同时)地盘的刚性因为不会低减,液状化模型导致的刚性低减和水平惯性力不同时加载比较好。
 
Q1-6. 网格可以输出吗?
A1-6. 网格作为数据可以浏览。请参考扩展名为Mhs的文件。
 
Q1-7. 要素模拟可能吗?(土质试验中观察应力变形曲线的结果可以讨论参数吗)
A1-7. 产品中,请参考被添加的要素试验模拟程序。
 
Q1-8. 请教ALID相当的液状化时的变形分析及体积压缩所导致的下沉量的算出方法。
A1-8. 例如,
  Stage1 : 液状化前
  Stage2 : 液状化时
  Satge3 : 体积压缩时

变形导致的下沉量是在Stage2-Stage1,即Stage2和1的相对位移得到。
同样,体积压缩导致的下沉量是在Stage3-Stage2,即Stage3和2的相对位移得到。
另外,合计值是在Stage3-Stage1,即Stage3和1的相对位移得到。

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 2.使用方法

Q2-1. 请教关于膨胀性角的输入方法。
A2-1. 作为膨胀性角的输入方法,变形分析时与内部摩擦角相同,安定分析时推荐按0的方法。

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 3.要素·构成规则

Q3-1. 「地盘和结构物的接触面的指定(节点要素)」可能吗?
A3-1. 可能。准备有弹性节点要素、MC节点要素。但是,这不是对任意剥离现象的再现。
 
Q3-2. 节点要素想设置复数个,可以吗?
A3-2. 节点要素是设于地盘和地盘(固体要素)之间的。
设定位置和邻接的固体要素按规定要在每个位置(一直线上线分的集)设定。

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 4.分析理论

Q4-1. 「斜面安定分析」是什么样的分析?通常、FEM计算中应该不进行斜面安定分析,请教其使用方法。
A4-1. 运用剪切強度低减法的功能,求解各要素的最大变形增加。这通过轮廓图描绘,可以看到滑动面的发生状况。
同时可求解整体的安全率。即,最小安全率的滑动面会自动检索的功能。
 
Q4-2. 「水压的变动对地盘影响的讨论」是指,实际可能的吗。请教其方法。
A4-2. GeoFEAS2D是进行全应力分析(不考虑地盘透水现象的分析)的程序,赋予水位线在程序内部,通过水压作为节点荷载进行设定,可进行考虑水压上升所导致的地盘強度低下的分析(计算全体安全率等)。
关于水压上升和为何地盘強度低下,请按具有水平地下水面的地盘考虑。地下水面上升的话,浮力变大,(有効)应力变小。为此,地盘強度低下。
 
Q4-3. 请教所谓「应答震度法」的示意。
A4-3. 静力分析手法中,可以考虑成得到像动力分析近似的结果一样的分析法。
具体而言,水平方向加速度(垂直方向可对应不一样的水平加速度)加载到地盘,地盘上作用水平方向的惯性力。并且,可以讨论地中结构物等地震的影响。
 
Q4-4. 进行轴对称分析时,请教适用模型及其有効性、优越性。
A4-4.
  1. 为了LNG地下油槽,通过圆形挖掘的地盘变形分析
  2. 油槽基础的下沉
  3. 三轴试验结果的模拟
等。
总之,地盘、结构物是轴对称的,荷载也是轴对称时,需要进行轴对称分析。
进行轴对称分析的话,输入的是2维断面,变化时成为一周的积分分析,可以考虑三维的影响。
相同输入2维断面的时候,平面变形分析在纵深方向有半无线的相同断面,虽然不考虑纵深的影响,轴对称绕全周变化时因为会变成有相同的断面,成为考虑了纵深的影响,其结果请理解成三维的分析。

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 5.模型化

Q5-1. 网格分割时,网格的大小应该设定多大。
A5-1. 没有规定必须多少米网格。为此,我们无法建议按照多大进行网格分割。
网格分割如果分得非常细,FEM的计算结果会接近严谨解值,其确认并非简单的事情(初学有限要素法:地盘工学会)。
根据群马大学蔡老师的讲习资料,即使要素数为3倍,作为安全率的命令,也只会在小数点第三位存在差异。由此认为是否没有必要分的太细。
网格分割中,中间节点的指定(2次要素)也被认为是提高计算精度的手法。请通过网格分割的定义标签的右侧最下端的按钮尝试设定。
 
Q5-2. 弹完全塑性的物性值的示例有吗?
A5-2. 作为弹完全塑性的物性值,強度特性和膨胀性角是主要参数。
关于強度特性,「山岳隧道中 模型实验和数值分析的实务」隧道库第16号 参考土木学会等,各种机关中刊载了一般值。三轴试验等如果有室内试验结果,其C,运用φ就够了。
关于膨胀性角为0,也有与内部摩擦角相同的情况。参考三轴试验结果也可以考虑。「理解弹塑性有限要素法」、地盘工学会及「地盘的变形分析: 从基础理论到应用 (39)」、地盘 工学会, 2002.7(地盘工学·基础理论系列)等作为参考。
作为示例数据,请参考GeoFEAS2D中添加的数据(slope, embankment等)。
 
Q5-3. 请教固体的属性设定的构成规则、方式的使用分类。
A5-3. 大致按如下考虑。
  • 积层弹性模型
    用于表示直交异方性。像积层橡胶一样纵方向为刚性水平方向的柔软结构作为对象。地盘中的堆积过程和地中应力状态方面,据说也会有異方性时大时小的情况。
  • 非线形弹性模型
    Duncan方式:应力变形关系通过双曲线表现。根据变形的程度、约束压(作为对象的地层深度)对变形系数发生的变化模型化。Duncan方式1和2的不同在于泊松比作为定数(方式1),变化(方式2)有差异。
  • 非线形弹性模型
    破坏接近度法:主要用于伴随隧道挖掘时地盘的缓和分析。应力状态接近破坏基准,为此表现变形系数减少(地盘缓慢地容易变形的状态)。
  • 非线形模型RO模型
    剪切弹性系数和剪切变形作为双曲线模型化,相对地盘的剪切变形(地震时的变形等)用于表现变形依存性。
  • 非线形模型 HD模型
    与RO模型一样,相对剪切变形考虑变形依存性时使用。RO模型与函数的形状不同。
  • 非线形模型 UWclay模型
    剪切应力和剪切变形的骨格曲线按双曲线表示,通过引入強度参数可以简单表示变形和強度的关系。斜面的残留变形分析方面拥有应用事例。
  • 弹完全塑性模型 Mohr-Coulomb方式(MC)
    规定破坏基准(Mohr-Coulomb),表现应力状态的应力圆(Mohr圆)和判別关系,如果没有达到破坏基准,达到了弹性领域、破坏基准的话,与塑性领域分开计算。达到塑性领域的时候,发生大变形。
  • 弹完全塑性模型 Drucker Prager方式(DP)
    破坏基准的规定方法与MC不同,2维(平面变形)的情况没有不同。
  • 弹完全塑性模型 MC-DP
    作为破坏基准,MC、塑性潜在中通过DP规定。达到破坏状态,伴随剪切的体积变化、是膨胀性收缩,还是(负的膨胀性)膨胀(正的膨胀性)根据地盘用于想要规定的时候。
  • 弹塑性模型 粘土的Pastor-Zienkiewicz模型
    弹塑性模型的一般化模型,根据参数变形软化、变形硬化、及硬化系数(达到破坏后的变形系数)等可进行详细规定的模型。需要规定许多的参数。
  • No-tension材料
    线形模型或积层线形模型和基本相同,相对拉伸应力是表现不抵抗材料的模型。
 
Q5-4. 覆盖工程和喷涂之间设定节点要素也没有问题吗?
A5-4. 作为再现真实现象,如果设定过于详细不显示意图举动的模型化的情况,运用节点要素的时候需要注意。
 
Q5-5. 药液注入工的情况,变形系数可以比原地盘更大吗?
A5-5. 药液注入时,最初的阶段1土、下一阶段2中重新输入药液注入后的刚性,可进行属性设定。药液注入后的刚性中,对其后的变形进行分析。但是,阶段2与阶段1比较,荷载没有变化的话不发生变形等。
 
Q5-6. 隧道的分析后,为了防止下沉想实施地盘改良。在哪个阶段比较好。
A5-6. 如果是为了防止下沉的地盘改良,与下沉原因(消耗解放应力或荷载)的阶段相同阶段变更属性设定。即,伴随隧道挖掘发生下沉时,相同阶段中变更属性设定的话,基于该阶段的属性分析挖掘时的变形。
 
Q5-7. 伴随风化可进行物性值的变更吗?
A5-7. 其他数据从前部作成的,加入其他物性的情况,考虑材料的变化(风化)可进行比较。
 
Q5-8. 推进工法中想运用破坏接近度法讨论。请教关于缓和系数k的稳妥值。
A5-8. 破坏接近度理论上原本是提倡将岩石作为对象的,关于参数由岩石试验等的试验结果决定。咨询内容中因为是土覆盖厚度约4m左右的砂质土,可以基于一般提倡的最低(非线形強材料)参数决定。
 
Q5-9. 地中部存在的埋设配管上,重机械(吊车、卡车等)行驶时作用于埋设配管的应力(地中应力)的算定可能吗?
A5-9. 分析可能。本产品属于全应力静力FEM分析软件。
作用域埋设配管的荷载(地表面上的重机荷载),例如,作为分布荷载赋予的条件需要自身进行准备。地盘按固体要素、埋设管按梁要素进行模型化,可直接得到埋设配管的断面力、位移等。
 
Q5-10. 想使用桥台和地盘之间的节点要素。请教使用方法。
A5-10. 节点要素的弹簧设定比周边地盘较大的刚性,荷载程度较小的阶段维持2重节点,达到某设定強度(摩尔库仑方式中C,φ)就再现不连续。原本,为了再现岩盘的龟裂等所作的,通常的土为对象时求没有准备使用的安定解。有的情况下更适合在桥台和地盘间设置一个薄层的假设边界面。
 
Q5-11. 断层是如何进行模型化的。
A5-11. 作为节点要素进行。

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 6.连动

Q6-1. 请教关于与基坑连动的内容。
A6-1. 基坑工的设计」中通过「有限要素法(FEM)」 仅对地盘模型化,另行通过弹塑性法进行的计算,或在挖掘时输入计测的壁体位移,关于地盘变形的计算方法在「弹塑性地盘分析(GeoFEAS2D)」用的输入数据的作成中做了对应。

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