| ●GeoFEAS 3D | 弾塑性地盤解析FEM程序 |
这里要向您介绍目前正在开发中的三维弾塑性地盤解析程序「（GeoFEAS）3D」。现在，您使用的「（GeoFEAS）2D」专门用于解决二维问题（包含轴对称问题），本产品用于专门解决三维问题。
●GeoFEAS是什么
GeoFEAS是Geotechnical Finite element Elastoplastic Analysis Software的简称，是在静力条件下对地盤的应力～变形进行解析的程序。在桩基础解析、基础支护挖掘解析、岩棚隧道问题，以及斜面安定解析等岩土相关的诸多领域的弾塑性解析中发挥巨大威力的一般通用FEM产品。
尤其近年来，如图-1(a)所示由基础支护的挖掘导致的对现有桥墩影响的讨论，图-1(b)所示，由架设跨线桥（桥台构筑）导致的对现有轨道(画面中央)影响的讨论等，近距离施工问题中运用的非常广泛（详细信息请参阅收费讲习会的说明）。
※图1（a）、（b）是仅将解析领域的中心部分抽出的样子，与实际的解析领域不同。
 |
 |
|
| ▲图1（a） 由基础支护挖掘导致的对现有桥墩影响的讨论 （图片来自GeoFEAS2D） |
▲图1（b） 由跨线桥（桥台构筑）的架设导致的对现有轨道影响的讨论 （图片来自GeoFEAS2D） |
●三维解析的必要性
非线性地盤的变形问题中，需要利用弹塑性FEM解析，这一观念在众多的设计者中已经深入人心，近年来通过性能照査型设计，使用FEM解析的机会逐渐增多。实际中，从通过「GeoFEAS2D」和「基础支护工程的设计」进行周边地盤的FEM影响解析相关的资讯状况来看，其倾向也日趋明显。目前，本公司提供的弹塑性FEM解析还是二维程序，原本由桩基问题、基础支护、隧道挖掘所导致的对周边地盤的影响解析问题、斜面安定解析是三维地形现象，应该直接按照三维问题进行解析处理。本公司地盤解析系列中，负责解析部分开发的群马大学大学院社会环境设计工学专业的鵜飼教授、蔡老师，对三维解析的有効性、重要性在相关论文、演讲会等中已有详细论述。
图2、图3是今年召开的「UC-win/UC-1用户协议会」Stream-1地盤解析系列・最新案例介绍中鵜飼教授的特別演讲「地盤解析的现状与课题」中介绍的管道的FEM浸透流解析的事例。图2是二维解析结果，图3是三维解析结果。二维解析安全率满足1.0的案例，三维解析在基础支护壁角部安全率低于1.0，指明发生了局部破坏，对重点考虑三维效果时，因为二维解析无法得到正确评价，故此必须进行三维解析度必要性进行了说明。
此处虽以浸透流FEM解析为例，三维解析的必要性在弾塑性地盤解析中同样必要。根据不同状况，如在一些大型项目中，首先对整体基于二维进行解析，而后对其中一些重要情况进行三维详细解析的可行性较大。
 |
 |
|
| ▲图2 基础支护的管道讨论 （二维浸透流） |
▲图3 基础支护的管道讨论（三维浸透流：右侧是平面图a点是角部） |
由此证实了三位解析度必要性，不仅仅因为缺乏推广介绍，目前，费用以及FEM解析所特有的程序，及难度都是三维解析没有普及的原因。尤其是包含分割网格模型制作、解析结果评价等，依存于前期处理（数据制作）、后期处理（结果表示）的性能部分，需要更加便于操作、通俗易懂的软件工具。而GoeFEAS3D正是以此作为前提目标而组织开发的。
●模型作成和网格分割
| 前提处理中进行模型作成、网格分割、阶段设定。图4为网格图（左）并列荷载条件图（右）的示意画面。 图5从左起依次为挖掘隧道的解析模型过程中，使用本程序的示意图。隧道开挖问题用二维解析处理，虽然可以对应力释放率等挖掘的进行状况进行模型化，但如下图所示，三维模型可将挖掘状态直接模型化。 |
 ▲图4 隧道逐次解析阶段（Pre部） |
|
 ▲图5 隧道逐次解析示意（Pre部） |
||
本产品的前期处理部是将本公司的式样提出给CESAR-LCPC的开发商itech公司而开发的。由此，基本处理方面继承了GeoFEAS2D。
●要素程序库
二维解析虽将地盤按面要素进行了模型化，而在三维解析中使用的是固型（立体）要素。本产品中准备有4面体要素、5面体要素、6面体要素。二维解析中的面要素在三维解析中变为板要素和壳要素，在本程序的初版中将首先对应板要素。
通过定义构造物要素（板要素、梁要素、棒要素、轴方向弹簧要素、剪切断弹簧要素），可表现地盤与构造物的相互作用，通过铰点要素还可指定接触面。此外，通过联合运用阶段解析和剪切強度低减法的解析功能，对于挖掘・填土、斜面安定、支持力问题等地盤相关的大范围问题，均可同时进行变形解析和安定解析。
 ▲图7 立体要素（4面体、5面体、6面体） |
●荷载、边界条件
GeoFEAS虽然是进行全应力解析（不考虑地盤的透水现象的解析）的程序，通过考虑节点荷载的水压可以讨论水压变化对地盤造成的影响。荷载方面可以考虑节点集中荷载、等分布荷载、分布荷载、体积荷载（自重、静力地震荷载）。
作为边界条件，准备了单点约束（水平滑轮、垂直滑轮、固定、PIN）、多点约束（MPC、铰接）、强制位移等。
对应施工勘察的分阶段解析，并可分阶段设定材料定数的変更、边界条件的変更等。
●处理器
弾塑性地盤解析虽是在讨论地盤的应力・変形举动的基础上最基本的手法，对解析模型、要素定义、适用构成模型的设定也变得更加重要，对解析程序也要求具备多种多样的功能。
GeoFEAS尤其注重充实土的构成模型，从最简单的弹性模型，到可以表现地盤弹塑性的弹塑性模型，准备了13种构成模型，关于弹性模型可进行No-Tension解析，对应所有15种类。
| 模型种类 | 构成模型 | 备注 |
| 弹性模型 | （1）线型弹性模型 | 等方性 |
| （2）积层弹性模型 | 直交异方性 | |
| 非线性弹性模型 | （3）Duncan方式1 | 泊松比定数 |
| （4）Duncan方式2 | 定义体积系数 | |
| （5）破坏接近度法 | 电中研方式 | |
| 非线性模型 | （6）Hardin-Drnevich模型 | |
| （7）Ramberg-Osgood模型 | ||
| （8）鵜飼・若井模型（UW-Clay） | ||
| 弹・完全塑性模型 | （9）Morh-Coulomb方式 | 关联流原则・非关联流原则 |
| （10）Drucker-Prager方式 | 关联流原则・非关联流原则 | |
| （11）Morh-Coulomb／Drucker-Prager方式 | 非关联流原则 | |
| 弹塑性模型 | （12）Pastor-Zienkiewicz砂模型 | |
| （13）Pastor-Zienkiewicz粘土模型 | ||
| No-Tension模型 | （14）线型弹性模型 | |
| （15）积层弹性模型 |
| ●后处理 后处理方面准备了模型图、比较图、分布图等。下面是解析结果图的示意。 ■隧道挖掘解析 请看隧道挖掘解析的结果。图8（a）是二维解析结果、图8（b）是三维解析结果。根据三维解析结果，可以更好地理解深后方向的变化。 ■桩基础问题 图9是桩基础问题的解析结果图（示意图）。将桩基础整体的1/4作为解析模型的例子。比较图是垂直方向的位移图。可对下沉的变化状况进行三维把握。 ●最后 「GeoFEAS3D」的预定售价为98万日元（含税102.9万日元）。作为三维FEM解析程序，相信是一个可以接受的低廉价格。但是，作为「GeoFEAS2D」不同的产品发布。 运用「GeoFEAS3D」进行二维解析时，模型化遇到困难、遇到现象无法正确进行评价时可进行对应，其解析范围也可大幅度扩大。反之，对于前期处理，为了正确再现三维地形模型的高操作性和便利性，对于后期处理，地盤内的变化状况和应力状态可在视觉上通俗易懂地显示，考虑到这两方面的强烈需求，为实现这些目标而不断锐意进取地开发。此外，在模型化、解析结果相关的技术支持方面，我们也认为通过地盤系列所培训出的经验技术可以放心地应付相谈。 ■GeoFEAS 3D 发布日期：2007年12月 |
 |
|
 |
||
 |
