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UC-1 Series Geotechnical Analysis

 
UC-1  彈塑性地盤分 析(GeoFEAS) 2D Ver.2
靜力條件下進行地盤 的應力~變形分析的FEM分析程序
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  程序概要
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GeoFEAS是Geotechnical Finite element Elastoplastic Analysis Software的簡稱,是在靜力條件下進行地盤的應力~變形分析的2維彈塑性地盤分析程序。
在斜面安定分析、基坑挖掘分析、盾構隧道挖掘時的周邊地盤影響分析等地盤相關的諸多領域,是實施彈塑性分析時發揮威力的通用FEM產品。
本產品作為平面變形分析、軸對稱分析對象,是2維PrePost版。
FEM模型的作成對應CAD的輸入方法,可簡單作成。同時對應來自SXF文件的載入。

本產品的分析部利用了群馬大學工學部·鵜飼研究室的地盤分析程序,本公司進行前處理部的共同開發。


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  Ver.2 修訂內容(2008年 12月 5日發布)
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<相關頁面>GeoFEAS2D Ver.2 平成19年河川抗震性能校核指針(案)對應 (Up&Coming '08 晩秋號刊載)

1.河川結構物的抗震性能校核指針(案)·同解說(H19.3)的「液狀化時自重變形分析」、「液狀化後的體積壓縮導致的變形量計算」對應
Post部中對應「FL分布圖」的描畫


▲自重變形分析的校核流程
▲自重變形分析結果的變形圖(Post表示圖)


2.進行光柵圖像(TIF、BMP、JPEG、GIF)的導入,追加SXF生成工具

3.Post部的追加擴展
 ·最大剪切變形分布圖
 ·通過數值輸出,圖示選擇的節點、要素、梁要素的號碼
 ·表示作圖用的網格分割圖
 ·荷載圖比例的任意指定
 ·僅對任意要素(矩形選擇、要素選擇)表現結果




變形圖(Post表示) 僅顯示任意要素的結果


  程序的功能和特長
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  ■分析種類
  · 靜力全應力分析


■分析維度
  · 平面變形分析
  · 軸對稱分析


■軟件的特長

·步驟分析


可實施步驟分析(施工步驟分析)。每個步驟中均可設定材料定數的變更、邊界條件的變更、挖掘時的應力解放 率。


·剪切強度低減法


根據分分析步驟的剪切強度低減法可進行全體安全率的算出以及所有滑坡面的推定。相對3個種類的彈·完全塑性 模型,適用剪切強度低減法。


·局部安全率


可根據積分點算出局部安全率。


·與浸透流分析的連接


通過浸透流分析算出的水壓值可作為節點荷載考慮(但是,導入模塊規格)。


·分析功能的並用


通過步驟分析和所謂的剪切強度低減法分析功能並用,挖掘·填土、斜面安定、支持力問題等地盤相關的廣泛問題 中可同時實行變形分析和安定分析。


·構成規則的混在


可根據材料賦予構成規則。


■邊界條件
作為邊界條件可以定義以下4個種類。
  · 節點自由度約束(水平滾軸、垂直滾軸、固定、PIN、強制位移)
  · 多點約束(MPC)
  · 彈簧支點
  · PIN結合


■要素庫
可定義以下要素。

種 類 項 目 2維 軸對稱 備 註
線要素 梁1次要素 -  
棒1次要素 -  
軸彈簧 - 包含彈簧支點
剪切彈簧 - 包含彈簧支點
旋轉彈簧 × -  
分布軸彈簧 × -  
分布剪切彈簧 × -  
面要素 3節點3角形要素 2維·軸對稱分析用1次要素
4節點4角形要素 2維·軸對稱分析用1次要素
6節點3角形要素 2維·軸對稱分析用2次要素
8節點4角形要素 2維·軸對稱分析用2次要素
節點要素 4節點線節點要素 適用於2維1次面要素之間
6節點線節點要素 適用於2維2次面要素之間



■構成模型
·平面變形要素·軸對稱要素的構成模型
彈塑性地盤分析是在討論地盤的應力·變形行為的基礎上,最基本的手法,因為分析模型、要素定義、適用構成模型的適當設定變得重要,也要求分析程序具備多種 多樣的功能。
GeoFEAS尤其是尋求土的構成模型的充實,從最簡單的彈性模型到可以表現地盤的彈塑性舉動的彈塑性模型,準備了13個種類的構成模型,關於彈性模型, 可進行No-Tension分析,共實裝了15個種類。

模型種類 構成模型 備 註
彈性模型 (1)線形彈性模型 等方性
(2)積層彈性模型 異方性
非線形彈性模型 (3)Duncan方式1 泊松比為定數
(4)Duncan方式2 定義體積系數
(5)破壞接近度法 電中研方式
非線形模型 (6)Hardin-Drnevich模型  
(7)Ramberg-Osgood模型  
(8)鵜飼·若井模型(UW-Clay)  
彈·完全塑性模型 (9)Morh-Coulomb方式 關連流規則非關連流規則
(10)Drucker-Prager方式 關連流規則非關連流規則
(11)Morh-Coulomb/Drucker-Prager方式 非關連流規則
彈塑性模型 (12)Pastor-Zienkiewicz砂模型  
(13)Pastor-Zienkiewicz粘土模型  
No-Tension模型 (14)線形彈性模型  
(15)積層彈性模型  


·梁要素、棒要素、彈簧要素、節點要素等
梁要素是相對線形彈性模型、棒要素、彈簧要素,線形彈性模型和雙折線模型相對節點要素,可適用於線形彈性模型和Mohr-Coulomb方式。

模型種類 構成模型 對應 備 註
梁要素的M-φ (1)線形彈性模型  
(2)雙折線模型 ×  
(3)三折線模型 ×  
棒要素 (1)線形彈性模型  
(2)雙折線模型  
(3)三折線模型 ×  
彈簧要素 (1)線形彈性模型 包含彈簧支點
(2)雙折線模型 包含彈簧支點
(3)三折線模型 ×  
節點要素 (1)線形彈性模型  
(2)Morh-Coulomb方式  


■荷載
可以考慮以下的荷載。
 ·集中荷載
   節點集中荷載(2維·軸對稱)
 ·等分布荷載、分布荷載
   線形分布荷載(2維·軸對稱)
 ·體積荷載(自重)
   垂直加速度(2維·軸對稱)
 ·地震荷載
   水平應答加速度(2維)
   垂直應答加速度(2維)
 ·節點水壓(2維·軸對稱)

GeoFEAS2是進行全應力分析(不考慮地盤的透水現象分析)的程序,通過水壓作為節點荷載的考慮,可進行水壓的變化對地盤造成影響的討論。



■後處理
處理器(分析部)]的輸出結果進行處理。進行結果圖、數值的輸出·確認。
本程序中主要可進行以下輸出。
  · 模型圖
  · 變形圖
  · 矢量圖
  · 輪廓圖
  · 分布圖
  · 數值輸出



■與UC-1基坑工的設計(單賣)的連接
基坑工的設計中, 從彈塑性分析結果得到的基坑壁位移,僅對地盤模型化作為FEM分析模型賦予強制位移,在挖掘底面,根據需要作用垂直方向的挖掘解放力(土覆蓋壓)的「強制 位移法」,可對周邊地盤的影響進行討論。
▲基坑工彈塑性結果 ▲基坑工FEM
 (強制位移法輸入畫面)
▲基坑工FEM
 (強制位移法輪廓圖)


■適用範圍
本程序主要適用於以下的討論。
  · 地盤的應力·變形分析
  · 斜面安定分析
  · 基坑挖掘分析
  · 盾構隧道挖掘時的周邊地盤影響分析
  · NATM工法中隧道施工討論分析
  · 水壓的變動對地盤影響的討論
  · 地盤和結構物的相互作用的討論
  · 應答震度法


■參考文獻
  ·
Potts, D., Axelsson, K., Grande, L., Schweiger, H. and Long M. : Guidelines for the use of advanced numerical analysis, Thomas Telford, 2002

·
鹿島建設土木設計本部篇:新·土木設計的要點(5),隧道,鹿島出版會,2003

·
田中忠治,鵜飼恵三,河邑眞,阪上最壹,大津宏康:地盤的三維彈塑性有限要素法,丸善,1996.

·
Zienkiewicz, O.C., Chan, A.H.C., Pastor, M., Schrefler, B.A. and Shiomi, S.: Computational Geomechanics with Special Reference to Earthquake Engineering, JOHN WILEY & SONS, 1999.

·
後藤學:實踐有限要素法,大變形彈塑性分析,Corona公司,1995

·
O.C.tsenkivittsu,Robert·L.Taylor,矢川元基譯:矩陣和有限要素法[修訂 新版], 科學技術出版, 1996
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