初期應力分析・全應力法的動態分析・有效應力法的動態分析(液化分析)

岩土的動態有效應力分析(UWLC) Ver.2

初版發佈:2004.04.05/最新Ver.發佈:2011.10.28

60,000元

英語版 Ver.2

初版發佈:2006.03.28/最新Ver.發佈:2016.12.16

OPEN

程式概要

根據基於有效應力的彈塑性理論,可以將地震時的孔隙水壓力過高、剛性的低下、岩土的變形等問題通過時間履歷計算。
分析對象是地震過程中土壤結構(路堤/填土)的穩定性檢查、地下結構物的上浮檢查、岩土與結構物的動態相互作用檢查等。
附屬有決定液化參數功能的程式與優化方法的識別分析程式。可以通過CAD輸入輕鬆地製作FEM模型。支援讀取CAD檔案。
可以與彈塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D在輸入檔案上聯動,也支援匯入UC-1系列的柔性結構排水溝設計・3D配筋的地形數據。

本產品的分析部分是利用群馬大學工學部・鵜飼研究室開發的岩土分析程式,本公司負責Pre-Post部分的共同開發產生的產品。

程式的功能與特點

分析的特點

  1. 可以通過進行單元測試模擬設定液化參數
  2. 附加了基於優化方法的識別分析程式,由此可以從試驗數據中決定輸入參數
  3. 通過標準滲透測試結果N值可以推定構成砂模型的輸入參數
  4. 可以選擇1維模型和2維模型
  5. 可以進行全應力法的動態分析與有效應力法的動態分析(液化分析)
  6. 可以混合使用全應力法適用單元(不考慮水壓)與有效應力法適用單元(考慮水壓)
  7. 可以進行考慮了岩土的滲透現象的水土耦合的動態分析
  8. 可以應用全部8種岩土的構成規則並且可以自由混合
  9. 採用了收斂計算的高速化方法Line search與BFGS
  10. 通過自動調整動態分析的時間階段可以實現分析的穩定化
  11. 支援垂直方向與水平方向的同時震動

適用範圍/案例

  1. 使用全應力法的岩土與結構物的動態相互作用檢查
  2. 包含了土質結構物(河堤等)的地震時的穩定性檢查
  3. 液化岩土內的結構物上浮檢查
  4. 液化對策工程的效果評價(結構施工法、固結施工法、砂樁加固法等)
  5. 支援超孔隙水壓力消散法(碎石排水法等)
  6. 支援離心振動試驗或大型振動台試驗等試驗的模擬
  7. 支援1維地震響應分析的詳細液化判斷

考慮到的液化對策示例


  1. 根據結構物實行的施工方法
  2. 固結施工方法
  3. 砂樁加固法
  4. 礫石排污法

分析功能

製作分析模型的順序
  1. 通過操作CAD可以輕鬆地製成2維FEM模型
  2. 支援讀取CAD數據(SXF)
  3. 網格分割(塊分割法)
  4. 輕鬆建立1維分析模型的功能
  5. 輸出網格數據的功能
  6. 通過表格輸入材料參數

分析理論

1.單元庫


(1) 平面應變單元

可以定義3節點3角形單元、6節點3角形單元、4節點4角形單元、8節點4角形單元4種類的單元。



(2) 梁單元

可以定義主樑單元。



(3) 軸方向彈簧單元

可以定義2個節點。彈簧長度必須在10-5m以上。



(4) 剪下彈簧元件

可以定義2個節點。彈簧長度必須在10-5m以上。



(5) 節點集中質量單元

主要定義一個節點。


(6) 阻尼器元件

定義兩個節點。可以設定軸方向與剪下方向的阻尼。



2.構成模型


(1) 平面應力單元模型


  1. 線性彈性模型
  2. 疊層彈性模型
  3. 談・完全塑性模型(MC-DP模型)
  4. 改良的Ramberg-Osgood模型(RO模型)
  5. 改良的Herdin-Drnevich模型(HD模型)
  6. 鵜飼・若井模型(UW-Clay模型)
  7. Pastor-Zienkiewicz砂土模型(PZ-Sand模型)
  8. Pastor-Zienkiewicz黏土模型(PZ-Clay模型)

(2) 梁單元模型

可以將線性彈性模型或雙線性模型用作梁單元的恢復力特性。。


(3) 彈簧單元模型

可以將線性彈性模型或雙線性模型用作軸方向與剪下彈簧元件的恢復力特性。另外、本產品的軸方向與剪下彈簧元件中,您可以在彈簧的兩端定義節點集中質量。


3.質量矩陣和阻尼矩陣


(1) 密集矩陣和常數矩陣

您可以選擇應用集中矩陣或常數矩陣作為質量矩陣和阻尼矩陣。


  1. 質量矩陣質量・・・集中質量矩陣or常熟質量矩陣
  2. 阻尼矩陣・・・集中阻尼矩陣 or常熟阻尼矩陣

考慮作為黏性阻尼的瑞利(Rayleigh)阻尼時必須使用常數阻尼矩陣。


(2) 瑞利(Rayleigh)阻尼

除歷史阻尼外,能量阻尼還包括黏性阻尼和發散阻尼。。
在產品中可以將瑞利阻尼視為系統的黏性阻尼。


4.運動方程和聯立方程


(1) 運動方程的離散化和積分法


  1. 顯式方法・・・正面差分有限差​​分法
  2. 隱式方法・・・Newmark-β法/HHT-α法/WBZ-α法/Generalized-α法

(2) 聯立方程的解決辦法

在本程式中通過天際線法記憶全體剛度矩陣。
可以採用高斯消除法的一種變體--LDLT分解法解決聯立方程。

材料參數識別分析

識別分析程式可以用作附件程式。識別分析程式得到的最佳參數可以在UWLC中通過設定材料特性來讀取。土壤成分模型UW-Clay可以使用常規的單元測試模擬程式讀取確定的參數,也可以模擬應力應變曲線等。


▲通過最佳方法進行的識別分析

用N值來推測砂土構成模型的參數

UWLC將PZ-Sand(Pastor-Zienkiewicz)模型與彈塑性模型用作液化土壤模型。通常爲了確定參數必須要事先獲得內摩擦角與變形係數,並且計算出定義相變線的參數。相變線就是如果莫爾應力圓在相變線內,則沙子會收縮,在相變線以上而當應力圓在相變線以上時,砂會膨脹。利用該推測功能,可以從N值估計參數。


▲PZ-sand的參數推測

顯示分析結果的功能

支援顯示模型圖,變形圖,時刻履歷圖(位移、速度、加速度、應力、應變、超孔隙水壓、梁截面力),恢復力特性圖、響應譜圖、Fourier譜圖、輪廓圖、截面力圖、主應力/主應變圖、動畫顯示、輸出數值(節點、單元、梁截面力)

強化岩土分析系列的CIM功能

岩土分析系列的各種產品通過CIM(Construction Information Modeling)功能可以進一步強化。該功能也支援與地形數據、UC-1各種岩土相關產品的流暢的數據連結。
與使用了地形數據*.GF1檔案的數據連結
彈塑性岩土分析(GeoFEAS)2D Ver.4

與柔性結構排水溝的設計產生的位移量連結
將【彈塑性岩土分析(GeoFEAS2D)】分析出的岩土變形分析結果(沉降/水平位移分佈)匯入到【柔性結構排水溝的設計】可以檢驗箱體垂直方向的2級抗震性

GeoFEAS2D

柔性結構排水溝


設計擋土墻工程 時可以通過只用周邊地面影響分析岩土進行建模,將壁位移作為強制位移計算出岩土變形。
岩土的動態有效應力分析(UWLC)Ver.2

與邊坡穩定性計算 的加速度的連結
要想30m上的高填土紐馬克法能夠適用,需要將滑移土塊作為相應加速度波形進行地震動輸入。通過將【岩土的動態有效應力分析(UWLC)】與【邊坡穩定性計算】的數據進行聯動、可以實現從UWLC的2DFEM地震響應分析到使用響應加速度波形對所需滑坡土質量進行Newmark方法分析等各種分析。並且也可以進行高填土與大規模填土的穩定度計算高填土・大規模填土的2級地震動穩定性計算。

UWLC

邊坡的穩定性計算

2維滲透流分析(VGFlow2D)Ver.3

與GeoFEAS2D的水位線的連結

VGFlow2D

GeoFEAS2D


與UWLC 的水位線連結
與邊坡的穩定性計算 的水位線/勢線連結
通過連結檔案(*.PRS【水位線】、*.PTN【等ポテンシャル線】),能後反應飽和/非飽和滲透流FEM分析結果。 
GeoFEAS Flow3D(滲透流分析限定版)

與LEM3D 的水位面連結
將【GeoFEAS Flow3D(滲透流分析限定版)】的分析結果與其他公司產品的分析結果作為標準文字檔案在【3維滑坡邊坡穩定性分析】中讀取,產生分析滑坡所必需的地下水位。由此可以進行3D邊坡穩定性分析。

VGFlow3D

LEM3D

產品價格

本體價格

■本體價格

產品名

價格

岩土的動態有效應力分析(UWLC) Ver.2 60,000元
岩土的動態有效應力分析(UWLC) 英語版 Ver.2 OPEN

教育版價格


面向教育界相關人士,研究者及學生,提供更加優惠的教育版價格。

教育版價格

產品名 教育版價格
岩土的動態有效應力分析(UWLC) Ver.2 OPEN
岩土的動態有效應力分析(UWLC) 英語版 Ver.2 OPEN

版本開發履歷


版本開發履歷

 岩土的動態有效應力分析(UWLC) Ver.2
版本 發佈日 主要的升級內容
2.03.00 14/12/19
  1. Pre部分:對應節點編號與單元編號的顯示
  2. 輸出數值:追加了可以同時選擇複數的節點與單元的功能
  3. 追加了反轉輪廓圖的圖例顏色的功能
  4. 支援網格中的腔數在21個時的輪廓圖顯示
  5. 支援節點與節點編號、單元與單元編號分別顯示

操作環境


操作環境

OS Windows 8 / 10
CPU Pentium III 800MHz以上 (推薦 Pentium IV 3.0GHz以上)
所需記憶體(包括OS) 推薦512MB以上
必要磁碟容量 約120MB以上。分析時根據模型大小需要約500MB~數GB
顯示卡(畫面解析度) 1024×768以上
輸入數據副檔名 FUD
檔案輸出 無。分析部分的輸出檔案請參照幫助選項。
與其他產品的聯動 <讀取>
圖畫(SXF、DXF)
岩土分析聯動數據(USD)
岩土分析用地形數據(GF1)
<聯動>
邊坡穩定性計算

產品購買/諮詢窗口


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示例圖片

▲模型製作

▲Pre部分的輸入效果圖

▲1維分析模型實例

▲與結構物的耦合模型
(BOX涵洞)

▲堤防液化時的檢查

▲岩土與箱涵的檢查

▲超孔隙水壓力比率
(2維液化分析)

▲恢復力特性(τ-σ曲線)

▲豐富的動畫

▲變形圖動畫
(堤防模型)

▲最優方法的識別分析

▲單元試驗模擬程式

▲讀取SXF畫面數據的功能

1.功能/概要

可以用八戶地震的地震波進行分析嗎?

有水平加速度的數據的話,就可以使用包括八戶地震波在內的任何地震波數據。
想要調整加速度的最大值的話,通過載入階段的設定出現讀取地震波檔案的畫面,在這之中存在調整輸入波形的選項。
地震波一般通過利用防災科學技術研究院的K-Net獲得。


可以進行基礎輸入波形與地面輸出波形的比較分析嗎?

可以。通過將數據Excel檔案等輸出可以比較基礎輸入波形與地面輸出波形。


通過塔的鞭梢效應可以抽出塔的最大水平力、基礎樁的最大應力以及地面的加速度嗎?

抽出塔的最大水平力可以通過將塔通過樑構件建模,通過時間履歷觀察下端的截面力實現。基礎樁的抽出也是同樣步驟。首先顯示時間履歷,在螢幕上用滑鼠右鍵單擊。由於具有顯示菜單的圖形編輯功能,可以將數據通過Excel形式等輸出。從數據搜索最大值的時候,最好確認以下此時的截面力圖。此外,由於NMQ(剪下力)的最大值並非總是同時出現、我認為最好每個都繪製時間履歷圖。
抽出地面加速度以與上述橫截面力相同的方式進行處理。著眼於任何節點,繪製時間履歷圖表,導出數據,並檢測最大值(絕對值)。


是否可以將加速度波形輸出為文字檔案?

在顯示時間履歷波形後,右鍵單擊圖形以顯示編輯選單,選擇「下載」,然後選擇要下載的文字檔案。


可以進行自重分析嗎?

本產品內建自重分析功能。在此程式中,初始應力分析(=對應自重分析)和動態分析的兩步處理可以單獨或連續進行。


在液化的情況下,是否可以顯示完全液化後的行為(動態行為,殘餘變形等)?

可以。此外,UWLC考慮了地面的滲透性現象,因此可以檢驗地震運動結束後超孔隙水壓力的消散(固結現象)。


我想施加慣性力,但可以像推覆分析一樣施載入荷(強制水平力施加到支點)嗎?

與詢問的內容相關的UWLC的功能為以下幾點。

  1. Pushover分析(漸進荷載分析方法)是一種在考慮地面和建築物非線性的分析模型上,通過靜態漸增地震荷載來獲得荷載與位移之間關係的分析方法。
  2. 在初始應力分析(靜態分析)中,雖然可以可以向支點(節點)靜態施加水平力,但是不能代表漸增的荷載。
  3. 在動態分析中如果定義了節點集中質量單元,接著輸入了作為靜態荷載而漸增的加速度的話,可以檢驗結構物的慣性力。


是否可以通過考慮液化的存在或不存在來評估殘餘位移?

可以。


網格劃分(而不是自動網格劃分)可以產生規則的網格嗎?
以及分割數不同的部分可以進行自動匯入和調整三角形單元的處理嗎?

所述問題可以毫無問題地完成。


可以檢查伴隨著安裝了隧道,排水溝門,排水溝等的地面沉降嗎?

使用本產品的初期應力分析功能可以檢查地面沉降。也可應用於作為土壤結構模型的彈性模型與彈·完全塑性模型(Mohr-Coulomb/Drucker-Prager)。但是,進行施工階段分析時,雖然本產品的分析部分沒有問題但是在Pre-Post部分仍有不支援的功能。因此請注意,在進行施工階段分析時,不支援所有以及結果整理的自動執行。

2.限制事項

有單元編號與節點編號的限制嗎?

單元編號與節點編號沒有限制。

3.分析理論

在2維分析中,如何考慮如粘性邊界的計算公式中A的深度的長度(土柱的橫截面積 )?

UWLC用於處理2維的平面應變問題。
平面應變問題的意思是以3D模型在深度方向上沒有變形為假設,將其用作2維模型的問題。深度的長度是單位長度。SI單位為1m。
因此在對於粘性邊界的土柱,深度為1m,寬度為格點之間一半的長相加的長。


請告訴我水位線輸入與地層線輸入之間的區別。

水位線的處理方式與地層線的輸入方式相同,必須將上下分別分割為不同的地層定義岩土數據。
動態分析時水位線為自由水面,也是消散超孔隙水壓力的邊界表面。


是否可以通過響應位移法計算結構物的截面力和位移?

並不是通過應答位移法計算出的截面力與位移。
用過有限元法,將各種結構物(墻壁、樁、錨固材料、箱子等)作為梁單元建模,可以顯示與岩土全體一同整體進行FEM分析(靜態分析、動態分析)得到的梁單元的截面力與位移。

4.輸入

我想將輸入波形間隔Δt除以1/10並進行積分,然後以Δt/ 10的時間間隔輸出結果。這其中積分時間的時間間隔可以任意設定嗎?

在【時間間隔的初始值】中輸入輸入波形數據的時間間隔的1/10的數值,在【分析執行-輸出】選項卡上的【歷史記錄的時間間隔】中輸入該數值。
每個輸入值可以在規格範圍內任意設定。

5.建模

請告訴我如何對土工布進行建模。

以運用UWLC的初期應力分析進行建模為前提,考慮階段分析的必要性。
岩土與土工布組合的時候,將岩土作為固體單元,土工布作為梁或者桿單元,指定地面的節點通過土工布連線,加上土工布的剛度,可使水的移動將途中變為在岩土單元間移動。還沒有結束初期應力分析時,用其他的靜態有限元分析程式,您還可以執行階段分析以求得初始應力。

階段1: 平坦的岩土

階段2: 設定土工布

階段3: 路堤施工

獲得初始應力後,替換str檔案並轉到動態分析。
其中,雖然階段分析需要使用其他的靜態應力分析程式,但是本公司的GeoFEAS2D具有與其他靜態應力分析程式相同的功能。


在進行動力分析和檢查土的時程變形量時應考慮多大寬度?

通常應該考慮比岩土高度高3倍到5倍的程度。
理想情況下,如果是試過了數種模式,分析結果顯示為穩定的模型的話,就認為是可行的。


是否可以將液化地面上的結構物(擋土墻等)作為整體解決?

可以。
例如,將岩土中的樁基礎等作為梁單元,或者沉箱碼頭等作為固體單元建模後輸入,可以將岩土與結構物作為整體進行分析。


請告訴我從考慮對象的範圍到橫向邊界,需要多長的模型?

爲了儘量減少橫向邊界的影響,越長越好。但是,現實情況下,考慮到模型大小,計算時間等之間的平衡、不可能隨心所欲地設定長度。至少,我希望您確保在水平方向上的路堤寬度。
考慮樣本數據時,實行的是確保路堤寬度(坡腳寬度)為50m,兩側各為50m,水平方向全體為150m,垂直方向到基礎面為止為83m的分析模型。在分析示例中,有時會有確保100m或200m的模型。
考慮分析模型的範圍時,例如有路堤大小(或者挖掘範圍的大小)為基準,水平方向為幾倍,垂直方向為幾倍的明確基準的話是最好的。但是,事實上,很多時候這些基準是由設計者決定的。設計者將考慮嘗試哪種情況,不受影響的分析模型範圍等問題。


是否可以使用多邊形基礎(圓形樁基礎佈置)建模?

該產品以每1m深度模型為前提分析岩土部分。同樣,對於地下結構,有必要考慮每1 m深度進行建模的問題。
將該查詢案例作為模型的一種案例進行時,以深度18m為立足點基礎,將同一地方的重複的樁的樁數分的剛性用深度18m除去,考慮每1m換算的樁身剛度的方法是最合適的。請設計師自行決定採用哪種方式。


可以將減震器(圓柱體與骨架之間有縫隙的圓柱體)安裝在墩柱的橫截面周圍,建立使墩柱的晃動不直接傳遞到路堤部分的模型嗎?

在路堤部分製作一個有井狀的坑的岩土模型即在2維模型中設定有縫隙狀部分的岩土模型,用井底被梁貫穿到裡面的模型代用的話可以建立問題所述模型。請用MPC連線井的左右岩土,以使其行為相同。
比地面更突出的梁單元部分可以載入任何的骨架。
考慮了橋墩的寬度的話(考慮瞭如現澆樁那樣不細小的東西的話),路堤部分有坑洞的話可能會建立與現實更相像的模型。


是否能顯示沉箱與地面之間的無附著性?(結構物與岩土之間插入雙線性剪下彈簧等)

可以插入剪下彈簧。也可以設定並顯示薄弱層。通常該程式還可以定義聯合單元但是現在的UWLC並不能。


請告訴我是否有一種方法可以用邊界面表示半無限大的岩土。

通常設定底部邊界為粘性邊界。UWLC使用阻尼器元素設定粘性邊界。對於橫向邊界,如果是分層地面,則使用MPC邊界條件設定相等的位移邊界;如果是不規則地面,則使用粘性邊界設定。

6.聯動

可以將考慮了施工階段的GEOFEAS2D分析結果,作為UWLC的初期應力加以利用嗎?

可以將應變與應力寫入GeoFEAS2D的輸出檔案(副檔名 ott)。將該檔案寫入儲存了UWLC的初期應力的檔案的話(副檔名 str),以階段分析後的應力為基礎,可以設定初期應力。檔名必須相同。


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