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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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地盤分析宣傳冊
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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.功能·概要


Q1 -1. 通過隧道挖掘周邊地盤的變形分析中可以進行「挖掘解放率」的 設定嗎?另外,並設隧道的挖掘中,先行隧道的「挖掘解放率」未滿100%的狀態下,可以輸入後行隧道的挖掘嗎?
A1-1. 挖掘解放率可以設定。例如,
  1. Stage1中自重計算
  2. Stage2中挖掘先行隧道。
    該先行隧道的解放率為40%、接下來的Stage3設定剩余的60%。
  3. Stage3中挖掘後行隧道。
    此後行隧道的解放率設定為100%。
可進行諸如此類的階段施工討論。
本程序中,[階段設定]窗口的[要素定義]標簽的右側並列的按鈕群的最下數第2個,有[應力解放率的設定]按鈕,可通過這個進行設定。
 
Q1 -2. 請教「彈塑性地盤分析(GeoFEAS)2D」的斜面安定分 析和「斜面的安定計算」的區別。
A1-2. 「彈塑性地盤分析(GeoFEAS)2D」的斜面安定分析是,選擇剪切強度低減法的選項進行彈塑性分析,程 序內的計算上壹點點減少剪切強度的過程中,斜面內因為會發生大剪切變形,此面(畫面上視為線)作為滑動面,此時低減的分配作為全體安全率分析。為此,有限 要素分析的模型可求得滑動面的安全率。
另壹方面,「斜面的安定計算」中依據極限平衡理論力的相稱,通過圓弧相對假想設置的滑動面進行安定計算,關於假定的滑動圓反復進行安全率的計算,最終對最 小安全率的滑動圓求解計算。
以往的研究中有兩者的結果大致壹致的報告。
 
Q1 -3. 粘性土中預想發生壓密下沈側方位移。想分析相對橋台的影響, 該運用怎樣的土模型(構成規則)。
A1-3. 壓密計算按有限要素分析理論進行的情況,導入了需要的Cam Clay模型、關口太田模型的程序,本程序中沒有這樣的模型。
但是,單純從彈性論上的範圍,考慮周邊地盤的側方變形的話,運用像線形彈性或摩爾庫侖壹樣的土模型(構成規則)可進行分析。
 
Q1 -4. 斜面的計算中,考慮地下水位的情況和不考慮的情況按2種情況 計算,是單獨實行較好,還是分階段實行較好?
A1-4. 關於考慮地下水位和不考慮的情況,壹個數據中分階段時,因為承繼前階段的應力等需要註意。另行制作別的數據 可根據目的進行分析。
 
Q1 -5. 想分析堤防的地震時,要素模型中設定「液狀化模型、低減模 型」根據地震,加載水平慣性力進行分析是可實現的嗎?
A1-5. 作為程序上的菜單,可進行設定。但是,液狀化時的計算是遵照「河川結構物的抗震性能校核規範」進行的特殊處 理。同規範中因為不會作為水平慣性力加載,液狀化模型中應當盡量避免。
本來、液狀化現象是由於地震發生的間隙水壓,多少有些時滯地盤的剛性變小,由於自重而下沈。從實際現象可以看到,加載地震時,瞬間(同時)地盤的剛性因為 不會低減,液狀化模型導致的剛性低減和水平慣性力不同時加載比較好。
 
Q1 -6. 網格可以輸出嗎?
A1-6. 網格作為數據可以瀏覽。請參考擴展名為Mhs的文件。
 
Q1 -7. 要素模擬可能嗎?(土質試驗中觀察應力變形曲線的結果可以討 論參數嗎)
A1-7. 產品中,請參考被添加的要素試驗模擬程序。
 
Q1 -8. 請教ALID相當的液狀化時的變形分析及體積壓縮所導致的下 沈量的算出方法。
A1-8. 例如,
  Stage1 : 液狀化前
  Stage2 : 液狀化時
  Satge3 : 體積壓縮時

變形導致的下沈量是在Stage2-Stage1,即Stage2和1的相對位移得到。
同樣,體積壓縮導致的下沈量是在Stage3-Stage2,即Stage3和2的相對位移得到。
另外,合計值是在Stage3-Stage1,即Stage3和1的相對位移得到。


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 2.使用方法


Q2 -1. 請教關於膨脹性角的輸入方法。
A2-1. 作為膨脹性角的輸入方法,變形分析時與內部摩擦角相同,安定分析時推薦按0的方法。


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 3.要素·構成規則


Q3 -1. 「地盤和結構物的接觸面的指定(節點要素)」可能嗎?
A3-1. 可能。準備有彈性節點要素、MC節點要素。但是,這不是對任意剝離現象的再現。
 
Q3-2. 節點要素想設置復數個,可以嗎?
A3-2. 節點要素是設於地盤和地盤(固體要素)之間的。
設定位置和鄰接的固體要素按規定要在每個位置(壹直線上線分的集)設定。


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 4.分析理論


Q4 -1. 「斜面安定分析」是什麽樣的分析? 通常、FEM計算中應該不進行斜面安定分析,請教其使用方法。
A4-1. 運用剪切強度低減法的功能,求解各要素的最大變形增加。這通過輪廓圖描繪,可以看 到滑動面的發生狀況。
同時可求解整體的安全率。即,最小安全率的滑動面會自動檢索的功能。
 
Q4 -2. 「水壓的變動對地盤影響的討論」是指,實際可能的嗎。請教其 方法。
A4-2. GeoFEAS2D是進行全應力分析(不考慮地盤透水現象的分析)的程序,賦予水位線在程序內部,通過水壓 作為節點荷載進行設定,可進行考慮水壓上升所導致的地盤強度低下的分析(計算全體安全率等)。
關於水壓上升和為何地盤強度低下,請按具有水平地下水面的地盤考慮。地下水面上升的話,浮力變大,(有効)應力變小。為此,地盤強度低下。
 
Q4 -3. 請教所謂「應答震度法」的示意。
A4-3. 靜力分析手法中,可以考慮成得到像動力分析近似的結果壹樣的分析法。
具體而言,水平方向加速度(垂直方向可對應不壹樣的水平加速度)加載到地盤,地盤上作用水平方向的慣性力。並且,可以討論地中結構物等地震的影響。
 
Q4 -4. 進行軸對稱分析時,請教適用模型及其有効性、優越性。
A4-4.
  1. 為了LNG地下油槽,通過圓形挖掘的地盤變形分析
  2. 油槽基礎的下沈
  3. 三軸試驗結果的模擬
等。
總之,地盤、結構物是軸對稱的,荷載也是軸對稱時,需要進行軸對稱分析。
進行軸對稱分析的話,輸入的是2維斷面,變化時成為壹周的積分分析,可以考慮三維的影響。
相同輸入2維斷面的時候,平面變形分析在縱深方向有半無線的相同斷面,雖然不考慮縱深的影響,軸對稱繞全周變化時因為會變成有相同的斷面,成為考慮了縱深 的影響,其結果請理解成三維的分析。


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 5.模型化


Q5 -1. 網格分割時,網格的大小應該設定多大。
A5-1. 沒有規定必須多少米網格。為此,我們無法建議按照多大進行網格分割。
網格分割如果分得非常細,FEM的計算結果會接近嚴謹解值,其確認並非簡單的事情(初學有限要素法:地盤工學會)。
根據群馬大學蔡老師的講習資料,即使要素數為3倍,作為安全率的命令,也只會在小數點第三位存在差異。由此認為是否沒有必要分的太細。
網格分割中,中間節點的指定(2次要素)也被認為是提高計算精度的手法。請通過網格分割的定義標簽的右側最下端的按鈕嘗試設定。
 
Q5 -2. 彈完全塑性的物性值的示例有嗎?
A5-2. 作為彈完全塑性的物性值,強度特性和膨脹性角是主要參數。
關於強度特性,「山嶽隧道中 模型實驗和數值分析的實務」隧道庫第16號 參考土木學會等,各種機關中刊載了壹般值。三軸試驗等如果有室內試驗結果,其C,運用φ就夠了。
關於膨脹性角為0,也有與內部摩擦角相同的情況。參考三軸試驗結果也可以考慮。「理解彈塑性有限要素法」、地盤工學會及「地盤的變形分析: 從基礎理論到應用 (39)」、地盤 工學會, 2002.7(地盤工學·基礎理論系列)等作為參考。
作為示例數據,請參考GeoFEAS2D中添加的數據(slope, embankment等)。
 
Q5 -3. 請教固體的屬性設定的構成規則、方式的使用分類。
A5-3. 大致按如下考慮。
  • 積層彈性模型
    用於表示直交異方性。像積層橡膠壹樣縱方向為剛性水平方向的柔軟結構作為對象。地盤中的堆積過程和地中應力狀態方面,據說也會有異方性時大時小的情況。
  • 非線形彈性模型
    Duncan方式:應力變形關系通過雙曲線表現。根據變形的程度、約束壓(作為對象的地層深度)對變形系數發生的變化模型化。Duncan方式1和2的不 同在於泊松比作為定數(方式1),變化(方式2)有差異。
  • 非線形彈性模型
    破壞接近度法:主要用於伴隨隧道挖掘時地盤的緩和分析。應力狀態接近破壞基準,為此表現變形系數減少(地盤緩慢地容易變形的狀態)。
  • 非線形模型RO模型
    剪切彈性系數和剪切變形作為雙曲線模型化,相對地盤的剪切變形(地震時的變形等)用於表現變形依存性。
  • 非線形模型 HD模型
    與RO模型壹樣,相對剪切變形考慮變形依存性時使用。RO模型與函數的形狀不同。
  • 非線形模型 UWclay模型
    剪切應力和剪切變形的骨格曲線按雙曲線表示,通過引入強度參數可以簡單表示變形和強度的關系。斜面的殘留變形分析方面擁有應用事例。
  • 彈完全塑性模型 Mohr-Coulomb方式(MC)
    規定破壞基準(Mohr-Coulomb),表現應力狀態的應力圓(Mohr圓)和判別關系,如果沒有達到破壞基準,達到了彈性領域、破壞基準的話,與塑 性領域分開計算。達到塑性領域的時候,發生大變形。
  • 彈完全塑性模型 Drucker Prager方式(DP)
    破壞基準的規定方法與MC不同,2維(平面變形)的情況沒有不同。
  • 彈完全塑性模型 MC-DP
    作為破壞基準,MC、塑性潛在中通過DP規定。達到破壞狀態,伴隨剪切的體積變化、是膨脹性收縮,還是(負的膨脹性)膨脹(正的膨脹性)根據地盤用於想要 規定的時候。
  • 彈塑性模型 粘土的Pastor-Zienkiewicz模型
    彈塑性模型的壹般化模型,根據參數變形軟化、變形硬化、及硬化系數(達到破壞後的變形系數)等可進行詳細規定的模型。需要規定許多的參數。
  • No-tension材料
    線形模型或積層線形模型和基本相同,相對拉伸應力是表現不抵抗材料的模型。
 
Q5 -4. 覆蓋工程和噴塗之間設定節點要素也沒有問題嗎?
A5-4. 作為再現真實現象,如果設定過於詳細不顯示意圖舉動的模型化的情況,運用節點要素的時候需要註意。
 
Q5 -5. 藥液註入工的情況,變形系數可以比原地盤更大嗎?
A5-5. 藥液註入時,最初的階段1土、下壹階段2中重新輸入藥液註入後的剛性,可進行屬性設定。藥液註入後的剛性 中,對其後的變形進行分析。但是,階段2與階段1比較,荷載沒有變化的話不發生變形等。
 
Q5 -6. 隧道的分析後,為了防止下沈想實施地盤改良。在哪個階段比較 好。
A5-6. 如果是為了防止下沈的地盤改良,與下沈原因(消耗解放應力或荷載)的階段相同階段變更屬性設定。即,伴隨隧 道挖掘發生下沈時,相同階段中變更屬性設定的話,基於該階段的屬性分析挖掘時的變形。
 
Q5 -7. 伴隨風化可進行物性值的變更嗎?
A5-7. 其他數據從前部作成的,加入其他物性的情況,考慮材料的變化(風化)可進行比較。
 
Q5 -8. 推進工法中想運用破壞接近度法討論。請教關於緩和系數k的穩 妥值。
A5-8. 破壞接近度理論上原本是提倡將巖石作為對象的,關於參數由巖石試驗等的試驗結果決定。咨詢內容中因為是土覆 蓋厚度約4m左右的砂質土,可以基於壹般提倡的最低(非線形強材料)參數決定。
 
Q5 -9. 地中部存在的埋設配管上,重機械(吊車、卡車等)行駛時作用 於埋設配管的應力(地中應力)的算定可能嗎?
A5-9. 分析可能。本產品屬於全應力靜力FEM分析軟件。
作用域埋設配管的荷載(地表面上的重機荷載),例如,作為分布荷載賦予的條件需要自身進行準備。地盤按固體要素、埋設管按梁要素進行模型化,可直接得到埋 設配管的斷面力、位移等。
 
Q5 -10. 想使用橋台和地盤之間的節點要素。請教使用方法。
A5-10. 節點要素的彈簧設定比周邊地盤較大的剛性,荷載程度較小的階段維持2重節點,達到某設定強度(摩爾庫侖方式 中C,φ)就再現不連續。原本,為了再現巖盤的龜裂等所作的,通常的土為對象時求沒有準備使用的安定解。有的情況下更適合在橋台和地盤間設置壹個薄層的假 設邊界面。
 
Q5 -11. 斷層是如何進行模型化的。
A5-11. 作為節點要素進行。


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 6.連動


Q6 -1. 請教關於與基坑連動的內容。
A6-1. 基坑 工的設計」中通過「有限要素法(FEM)」 僅對地盤模型化,另行通過彈塑性法進行的計算,或在挖掘時輸入計測的壁體位移,關於地盤變形的計算方法在「彈塑性地盤分析(GeoFEAS2D)」用的輸 入數據的作成中做了對應。


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