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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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 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臺形形狀,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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