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UC-1系列 地盤分析

　
UC-1

三維滲透流分析(VGFlow)

三維滲透流分析(VGFlow) 導入模塊版

三維滲透流分析(VGFlow) 前後版
 
前後部＋分析部　日圓730,000
僅分析部　日圓480,000
僅前後部　日圓250,000

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　　Q&A　 （產品評價、導入時起重作用的Q&A）
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　1．系統構成


Q1 -1． 「3維滲透流分析(VGFlow)」和「VisualFEA Pre&Postprocessor」分別請教其功能。
A1-1． 本系統由下述2個程序構成。
　　(A) FEM分析Solver → VGFlow
　　(B) PrePost系統 → Visual FEA

上述(A)VGFlow是指，滲透流FEM分析的Solver（分析部），通過上述(B)Visual FEA可對Solver進行輸入輸出。另外，本分析部是(B)的沒有PrePost的LoadModule版（輸入輸出是通過數值直接輸入的文檔基礎）的 使用可能。
另壹方，上述(B)的Visual FEA是指FEM分析用的通用PrePost，滲透流分析以外的任意FEM分析中作為網格生成器也可以利用。


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　2．輸入及適用範圍


Q2 -1． 對於可處理的要素數有限制嗎？
A2-1． 制作有限要素模型時，對要素數(分割數)雖然沒有限制，可作成的要素數依存於機器的性能。
網格分割時，因為大量使用內存，要素數較多時會顯示內存不足的錯誤信息。
這根據機器的不同，CPU為3GHz·內存為4GB的機器，節點數·要素數應該參考10萬作為限制。
　
Q2 -2． 滲透流分析時關於土質定數（比存儲系數，殘留體積含水率，飽 和體積含水率），應該輸入大約多少數值？
A2-2． 關於物性值，國內代表性的地盤中通過透水試驗結果及保水性試驗、非飽和試驗數據的vanGenuchten 模型，同定值（不僅是α，m，也包含θr，θs）、比存儲系數等在程序也有內藏。
［Poroerty］對話框中，通過從下述材料列表中選擇，地盤的飽和滲透特性（包含咨詢中的比存儲系數，殘留體積含水率，飽和體積含水率）及非飽和滲透 特性在對話框內因為被自動設定，請參考這些值。
　砂
　豐浦砂
　細粒砂
　砂質土
　關東壚坶質土壤
　沖擊土
　粘性土
　白砂
　細沙土1
　細沙土2
　
Q2 -3． 初期空吸的指定中根據「河川堤防的構造討論的輔導」進行計算 的情況，應該指定哪個情況？
A2-3． 「河川堤防的構造討論的輔導」中，初期地下水位的設定上的註意點的記載程度被留下，以此為基礎具體在初期空 吸沒有記載根據怎樣的手段規定。
初期空吸的輸入時，考慮飽和域及非飽和域的透水特性等，需要設計者自身進行設定。
體積含水率等沒有實測值，厚的不透水層等的分布等不出特殊間隙水壓分布被想定時，作為最容易的手法，作為直線間隙水壓分布推薦采用假定的手法。
  • Pore　pressure　with　liner　variation　：
    飽和域·非飽和域共同，假定間隙水壓按直線段布
  • Pore　pressure　defined　by　table　：
    根據深度輸入間隙水壓值，關於非飽和域可設定非直線的空吸。
  • Volume　water　content　withe　linear　variation　：
    飽和域·非飽和域共同，假定體積含水率按直線段布
  • Volume　water　content　defined　by　table　：
    根據深度輸入體積含水率值，關於非飽和域可設定非直線的空吸。
　
　
Q2 -4． 進行降雨分析時，實測的降雨波形不是手動輸入，可以從數據文 件導入嗎？
A2-4． 是的，只要是文檔的形式便可以導入。


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　3．分析模型作成


Q3 -1． 網格中可以定義高度（標高）嗎？
A3-1． 本程序前後處理的VisualFEA是設計計算以外的任意FEM分析作為對象，因為作為通用軟件被設計，關 於網格不能設定標高等的屬性。
本程序中，[Edit]-[Stick　to　Grid]處於選中的狀態（默認），描繪的Line在該網格點上吻合的位置進行描繪。
另外，通過[View]-[Grid　Setting]因為可以變更網格的比例、間距，描繪的線不放在1.0m間隔的網格時，對其調整或者通過摘除 [Edit]-[Stick　to　Grid]的選項，可描繪網格上沒有的線。
新建中輸入或DXF導入後追加輸入時，請利用上述功能。
　 　
　
Q3-2． 想進行三維分析，地盤的標高值應該在哪個軸設定？
A3-2． VGFlow中，二維分析和三維分析的情況，坐標軸的垂直方向不同。
  • 二維分析 → 重力項是Y軸下向
  • 三維分析 → 重力項是Z軸下向
為此，三維網格的作成時，請註意Z軸設定為垂直方向。
　
Q3-3． 請教分析模型作成地表面數據的作成方法。
A3-3．
  1. 準備以下格式的標高數據文件。
    　
  2. 制作基準的平面網格。
  3. 選擇[Edit]-[Project]菜單。
  4. [Project]對話框中選擇[Surface Mesh]、[Data points]，[Read]按鈕導入標高數據文件。
  5. 基準的平面網格選擇後，點擊[Project]按鈕制作地表面數據。

    ----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+
    標高數據文件的格式：
    [地點數N]
    [X坐標1]　[Y坐標1]　[Z坐標(標高)1]
    [X坐標2]　[Y坐標2]　[Z坐標(標高)2]
    ····　····　····
    [X坐標N]　[Y坐標N]　[Z坐標(標高)N]
    ----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+"


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　4．網格分割


Q4 -1． 網格作成時，請教關於網格形狀的對應種類。
A4-1． 本產品中PrePostProcessor的VisualFEA是，FEM分析用的通用PrePost系統 （不僅滲透流，也想定流體分析和構造分析）在網格分割時，任意任意形狀（例如，飛機、咖啡杯，有內空斷面的管道等）均為可能，另外，所有斷面的網格分割均 可能。
　
Q4 -2． 河川堤防的設計事例中像格子狀網格分割可能嗎？
A4-2． 本程序中，對於像土堤防壹樣的台形形狀，通過自動網格適合FEM分析的網格分割、或天端和基礎的分割數通過 令其相等，放射狀規則的網格分割可能。
但是，各要素從所有直角形成的格子狀網格分割中基本上不做對應。
想按格子狀的網格分割時，請按以下要領輸入。

《順序》
模型由復數個四邊形形成，各線段如以下所示按要領輸入及分割。

　·坡面～坡面基礎 ： 按想要切割的網格寬度分開輸入復數個線段。
　·天頂及基礎地盤 ： 按1條線段輸入，按想要切割的網格寬度設定分割數。
　

　·坡面內　： 按1條線段輸入，對面相對的便按網格高度相同值設定分割數。
　
　
Q4 -3． 滲透流FEM中，所謂按網格分割堤高的10分割的考慮是，根 據作為對象的堤防的規模在分析精度上沒有問題嗎？
A4-3． 關於相對堤體的網格分割，有水位變動的部分，網格切割越細的壹方分析精度被提高。
不是按『按10分割程度分割』，而是『最低按10分割以上』。
再者，此『最低按10分割以上』是指相對普通堤防的規定，規模充其量堤高10m程度的規模，這裏壹個網格最低也要按1.0m以下。
相對堤高為15m以上的止水構造物、高填土，應該按分割數盡可能小的進行設定。
　
Q4 -4． 利用國土地理院的50m網格標高數據，可進行地表面數據作成 嗎？
A4-4． 本系統的PrePostProcessor通過運用VisualFEA的投影(Project)功能，可以 制作地表面數據，即「基準的平面網格投影到標高數據的面網格」。
　
Q4 -5． 網格分割後領域可以劃分嗎？
A4-5． 自動網格時，對於必須要劃分領域Line並不是對網格進行分割，壹旦該當位置的網格解除後，在想切割的領域 追加線段的基礎上，請再度分割網格。


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　5．分析功能


Q5 -1． 滲透流FEM中固定分析和非固定分析具體指什麽？
A5-1． 地下水面是平面，在動水坡度沒有時有靜水壓狀態，土中水的舉動有不隨時間變化的狀態。
此外，地下水面中有動水坡度時，來自山側的供給量和谷側的擴散處於平衡狀態中，土中水的舉動不呈現隨時間的變化。
此狀態為固定狀態，該模擬稱為固定分析。
另外，像河川水位壹樣通過天氣、上流水庫的運用，伴隨水位變化土中水為平衡狀態中沒有的狀態便是非固定狀態，該模擬稱為非固定分析。
　
Q5 -2． 災害對策等向山嶽部設置填土(填土像堤防壹樣的功能)，其中 有像格裏拉大雨壹樣集中降雨的時候，可以計算填土背面的積水程度嗎？
A5-2． 根據分析對象，VGFlow的有需要其他雨水流出分析程序 xpswmm的可能。關於各產品中分析對象的現象說明如下。
  • VGFlow
    相對有効降雨地下水流出現象的模擬作為對象，相對降雨的表面流出現象不做處理。
    　支配方程式　：　Richards式（二維分析、三維分析）
    　分析對象 　　：　“土中水”的飽和/非飽和滲透現象
    　數值解法 　　：　FEM（有限要素法）
  • xpswmm
    相對實際降雨的表面流出現象的模擬為對象，關於地下水流出通過Horton式、GreenAmpt式作為壹維初期損失，進行計算及滲透施設等為對象的壹維 飽和/非飽和滲透的處理，二維或三維的滲透流分析不進行處理。
    　支配方程式　：　SantVenant式（壹維分析、二維分析、1D-2D連動分析）
    　分析對象 　　：　“表面水”的表面流出現象，
    　數值解法 　　：　FDM（差分法）
  • 討論的模擬現象
    相對降雨的填土背面會有多少湛水為目的時，因為現象為“表面水”，需要xpswmm。
    另壹方面，VGFlow中作為條件xpswmm導致的“表面水”的分析結果，賦予外水位時可模擬填土內及基礎的“土中水”的地下水流出現象。為此，相對大 雨填土及基礎的滲透破壞、管道破壞等地下水流況的分析為目的時，需要VGFlow。
　
Q5 -3． 通過建築物的施工，可以確認變化的地下水位嗎？
A5-3． 本程序是由Richards式通過飽和-非飽和滲透流支配方程式的有限要素法，通過數值解法賦予適當的滲透 特性和邊界條件，因為可以模擬土中水的舉動，其用途可進行伴隨建築物施工的地下水影響分析。
雖然沒有階段分析功能，在施工前後制作分析模型，施工前的現狀中基於地下水位的實測，設定適當的滲透特性等，通過應用施工後的模型，伴隨其施工可進行地下 水影響的分析。相對施工後的模型，例如施工中的基坑壁等，[Assing]-[Seepage Property]中通過Cutoff，作為滲透變得不連續的二重節點可進行模型化。
　
Q5 -4． 可以處理自由水面（河川、海岸等水部）嗎？
A5-4． 作為程序分析對象根據滲透流的支配方程式（Richards式）僅限土中水，如咨詢中提到的壹樣不對應高於 地盤面的表面水（並非土中水、河川海岸、蓄水等）的亂流現象的支配方程式（例如Navier-Stokes式等）。
為此，作為模型設定的有限要素，僅限地盤部分，如咨詢中提到的對於高於地盤面的表面水，根據自由水面將壓力賦予堤防等邊界進行計算。
再者，非固定分析時的初期條件設定時，咨詢中有的從表面水～土中的自由水面作為壹系列水面形所賦予的形式。
　
Q5 -5． 依據「中小河川的堤防點檢·對策的輔導（案）(http://www.jice.or.jp/siryo/t1/200411040.html) 的校核可以嗎？
A5-5． 本產品「VGFlow」是進行非固定飽和·非飽和滲透流分析的程序，同輔導中列舉的代碼（GW-USAF、 PC-UNISSF、2D-FLOW、SAUSE、SOIL2F等）壹樣，原始上可依據同輔導進行分析。
關於本產品「VGFlow」中同輔導的對應可否，其概要記述如下。在考慮這些對應狀況的基礎上討論如下。
  1. 網格分割　→　△
    本程序前部中自動網格分割作為原則，同輔導「要素分割事例」中格子狀的網格分割原則上不做對應。（這裏，原則上不做對應是指，操作上有壹定困難,根據產品 幫助的Q&A1-3中的操作順序，也可進行格子狀的網格分割）
    個人建議，同輔導「要素分割事例」中關於格子狀的網格分割，根據分析類別具有壹定意義，關於滲透流分析手動進行網格分割是當時的習慣，從FEM的計算精度 而言壹般認為不是根據，因為繼承設計事例也是壹種設計思想，請設計者自行判斷。

  2. 非飽和滲透特性　→　○
    關於非飽和滲透特性（ψ-θ曲線、Kr-θ曲線），同輔導中有的『實務的切分』圖4.3.6及圖4.3.7所示，添加了數據，這些可以沒有費事的輸入直接 使用。
    另外，關於非飽和滲透特性，相對van　Genuchten式通過輸入同定的參數，可進行van　Genuchten式的分析。

  3. 用於降雨波形作成的流出分析　→　△
    本程序是非固定飽和·非飽和滲透流分析的程序，不對應流量水文圖表的計算。降雨波形需要直接輸入。

  4. 河川水位（外水位）波形的設定　→　△
    本程序是非固定飽和·非飽和滲透流分析的程序，沒有輔導中有的河川水位（外水位）波形的自動設定功能。設計者需要自行制作波形，作成後直接輸入河川水位 （外水位）波形。

  5. 滑動破壞（滲透破壞）的討論　→　△
    本產品「VGFlow」僅將滲透流作為對象，對於反應了滲透流分析的滑動破壞，需要其他產品「斜面的安定計算」支持。

  6. 管道破壞（滲透破壞）的討論　→　△
    沒有輔導中規定的局所動水坡度的算定功能。
    關於局部動水坡度的算定，運用全水頭及壓力水頭的節點出力值等，設計者可自行手動計算。


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