GeoFEAS是Geotechnical Finite element Elastoplastic
Analysis
Software的略称,指的是在静态条件下进行岩体应力~变形分析的2D弹塑性岩土分析程序。边坡稳定性分析、挡土墙挖掘分析、盾构法隧道挖掘时的周边地质变化分析等地质相关的大量领域中进行弹塑性分析时能够使其发挥威力的通用FEM产品。该产品是用于平面应变分析和轴对称分析的PrePost版本。支持CAD的输入方法,可以轻松进行FEM模型的制作。支持SXF文件的读取。
本产品分析部分由群马大学工学部鹈饲研究室的岩土分析程序与本公司担任开发的Pre-post部分组成。
分析方法
分析类型
·静态全应力分析
分析维度
·平面变形分析
·轴对称分析
软件的特点
·阶段分析
本产品支持阶段分析法(施工阶段分析)。
每个阶段均可设置材料常数的变更、边界条件的变更、挖掘时的应力解放率。
·剪切强度降低法
各个分析阶段均可根据剪切强度降低法计算整体安全系数与推定滑移面。
该方法适用于全部3种弹・完全塑性模型。
局部安全系数
通过不同积分点可以计算出局部安全系数。
与渗透流分析的连结
通过渗透流分析计算的水压值可以作为节点荷载考虑。(但是、需要考虑模块加载规范)。
与分析功能的结合使用
通过将阶段分析与剪切强度降低法结合使用,可以对挖掘、填土、边坡稳定性、支撑力问题等与岩土相关的广泛问题同时进行变形分析与稳定度分析。
构成原则的混合
可以对不同材料进行构成原则的设定。
对应日本的【2007年河川结构物的耐震性能检验指针】
可以进行【液化前】、【液化时】【液化后的体积压缩】等的变形分析。
对应日本的【2016年河川结构物的耐震性能检验指针】】
通过日本国土交通省水管理・国土保全局治水课的【2016年河川结构物的耐震性能检验指针】可以分析岩土的液化。
通过对每个阶段进行设定可以分析【地震前(液化前)变形分析】、【地震后(液化后)变形分析】与【由于液化层的体积压缩而产生的沉降量(变形分析)】。
在进行(1)地震前(液化前)、
(2)地震后(液化时)的相关自重变形分析后、可以计算两者之差的液化引起的位移量。并且、
(3)由于液化层的体积压缩而产生的沉降量(变形分析)通过将液化层的体积压缩而产生的沉降量分别计算后合计、可以计算模型整体的位移量。
▲变形分析的处理
边界条件
单元库
种 类 | 项 目 | 2D | 轴对称 | 备 注 |
线单元 | 主梁单元 | ○ | - | |
主杆单元 | ○ | - | ||
轴弹簧 | ○ | - | 包含弹簧支点 | |
剪切弹簧 | ○ | - | 包含弹簧支点 | |
旋转弹簧 | × | - | ||
分布轴弹簧 | × | - | ||
分布剪切弹簧 | × | - | ||
面单元 | 3节点3角形单元 | ○ | ○ | 2维・轴对称分析用主单元 |
4节点4角形单元 | ○ | ○ | 2维・轴对称分析用主单元 | |
6节点3角形单元 | ○ | ○ | 2维・轴对称分析用2次单元 | |
8节点4角形单元 | ○ | ○ | 2维・轴对称分析用2次单元 | |
节点单元 | 4节点线节点单元 | ○ | ○ | 适用于2维1次面单元之间 |
6节点线节点单元 | ○ | ○ | 适用于2维2次面单元之间 |
构成模型
平面应变单元・轴对称单元的构成模型
可适用于弹性模型4种(※包含两种)、非线性弹性模型1种、非线性模型3种、弹・塑性分析模型3种、弹塑性模型2种、双线性弹性两种(※)。弹塑性模型也可以设置No-Tension材料。
※用于2007年河川结构物的耐震性能检验指针。
模型种类 | 构成模型 | 备 注 |
弹性模型 | 线形弹性模型 | 等方性 |
叠层弹性模型 | 异方性 | |
剪切刚度降低材料1 |
2007年河川结构物的耐震性能检验指针 2016年河川结构物的耐震性能检验指针 |
|
剪切刚度降低材料2 |
2007年河川结构物的耐震性能检验指针 2016年河川结构物的耐震性能检验指针 |
|
非线形弹性模型 | 破坏接近法 | 电中研方式 |
非线性模型 | Hardin-Drnevich模型 | |
Ramberg-Osgood模型 | ||
鹈饲-若井模型(UW-Clay) | ||
弹・完全塑性模型 | Morh-Coulomb方式 | 关连流规则非关连流规则 |
Drucker-Prager方式 | 关连流规则非关连流规则 | |
Morh-Coulomb/Drucker-Prager方式 | 非关连流规则 | |
弹塑性模型 | Pastor-Zienkiewicz砂土模型 | |
Pastor-Zienkiewicz粘土模型 | ||
No-Tension模型 | 线性弹性模型 | |
叠层弹性模型 | ||
双线性弹性 | 液化材料1 | 用于2007年河川结构物的耐震性能检验指针 |
液化材料2 | 用于2016年河川结构物的耐震性能检验指针 |
梁单元、杆单元、弹簧单元、节点单元等
梁单元适用于线性弹性模型,杆单元、弹簧单元 的线性弹性模型与双线性模型以及、接头单元 的线性弹性模型与Mohr-Coulomb方法。
模型种类 | 构成模型 | 对应 | 备 注 |
梁单元的M-φ | 1.线性弹性模型 | ○ | |
2.双线性模型 | × | ||
3.三线性模型 | × | ||
杆单元 | 1.线性弹性模型 | ○ | |
2.双线性模型 | ○ | ||
3.三线性模型 | × | ||
弹簧单元 | 1.线性弹性模型 | ○ | 包含弹簧支点 |
2.双线性模型 | ○ | 包含弹簧支点 | |
3.三线性模型 | × | ||
节点单元 | 1.线性弹性模型 | ○ | |
2.Morh-Coulomb方式 | ○ |
荷载
虽然是实行全应力分析(不考虑岩土透水现象的分析)的程序,但是、也可通过把水压作为节点荷载来检查水压变化对岩土的影响。
后处理器
可以处理处理器(分析部分)的输出结果。也可进行结果图或数值的输出与确认。 本程序可以输出以下项目。
与UC-1 挡土墙工程的设计(单卖)的连结
在通过挡土墙工程的设计进行因弹塑性分析结果而产生的挡土墙壁位移分析中仅将进行建模的FEM分析模型进行强制位移时,通过在挖掘底部运用根据需要施加垂直挖掘释放力(上覆压力)的【强制位移法】可以进行周边岩土的影响检查。
与UC-1 固结沉降计算(单卖)的连结
通过与UC-1系列产品【 固结沉降计算】的连结,可以进行岩土的压缩变形(固结沉降、即时沉降)分析。通过计算固结沉降可以进行岩土形状的制作、各土质层的设置、地盤形状の作成、各土質層の設定、加载荷载的设定与计算沉降量,同时生成的岩土形状数据也通过与GeoFEAS2D的连结,分析无缝液化。
自动网格功能
隧道等模型制作的时候,如果设定了最低要求线(岩土边界等),就可以进行网格分割。由此可以大幅减少模型创建的时间。
适用范围
岩土分析系列的CIM功能强化
岩土分析系列的各种产品可以通过CIM(Construction Information Modeling)功能进一步强化,也支持与地形数据或者UC-1的各种岩土相关产品进行流畅的数据连结。
使用了地形数据*.GF1的数据连结 | |
弹塑性岩土分析(GeoFEAS)2D
Ver.4
与柔性结构排水沟设计 的位移量的连结 通过将【弹塑性岩土分析(GeoFEAS2D)】中分析的岩土变形分析结果(沉降/水平位移分布)导入【柔性结构排水沟的设计】,可以检验箱体垂直方向的2级抗震性。 设计挡土墙工程 时可以通过只用周边地面影响分析岩土进行建模,将壁位移作为强制位移计算出岩土变形。 |
|
岩土的动态有效应力分析(UWLC)Ver.2
与边坡稳定性计算 的加速度的连结 要想30m上的高填土纽马克法能够适用,需要将滑移土块作为相应加速度波形进行地震动输入。通过将【岩土的动态有效应力分析(UWLC)】与【边坡稳定性计算】的数据进行连结、可以实现从UWLC的2DFEM地震响应分析到使用响应加速度波形对所需滑坡土质量进行Newmark方法分析等各种分析。并且也可以进行高填土与大规模填土的稳定度计算高填土・大規模填土的2级地震动稳定性计算。 |
|
2D渗透流分析(VGFlow2D)Ver.3
与GeoFEAS2D 的水位线的连结 与UWLC 的水位的连结 与边坡稳定性计算 的水位线与势线的连结 通过连结文件(*.PRS【水位线】、*.PTN【等势线】)、可以反映饱和/非饱和渗透流FEM分析结果。 |
|
GeoFEAS
Flow3D(渗透流分析限定版)
与LEM3D 的水位线的连结 通过将【GeoFEAS Flow3D(渗透流分析限定版)」的分析结果与其他公司的产品的分析结果作为标准文档放入【3D滑移边坡稳定性分析】中、可以生成滑坡分析所必要的地下水位,并可以由此进行3D边坡稳定性分析。 |
耐震性能检验指针 |
河川结构物的耐震性能检验指针(方案)・同解説 2007年3月
日本国土交通省河川局治水课 河川结构物的耐震性能检验指针・解说 II.堤防篇 2016年3月 国土交通省水管理・国土保全局治水课 |
本体价格
■本体价格
产品名 |
价格 |
---|---|
弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D Ver.4 | 60,000元 |
弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D(英语版) | OPEN |
面向教育界相关人士,研究者及学生,提供更加优惠的教育版价格。
教育版价格
产品名 | 教育版价格 |
---|---|
弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D Ver.4 | OPEN |
弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D(英语版) | OPEN |
版本开发履历
弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D Ver.4 | ||
版本 | 发布日期 | 主要升级内容 |
4.0.0 | 17/08/01 |
|
操作环境
OS | Windows 8 / 10 |
---|---|
CPU | Pentium III 800MHz以上 (推荐 Pentium IV 3.0GHz以上) |
所需内存(包含OS) | 推荐512MB以上 |
所需磁盘空间 | 安装所需磁盘空间约120MB以上。分析时模型的大小为500MB~数GB。 |
显卡(画面分辨率) | 1024×768以上 |
输入数据扩展名 | GF2 |
文件输出 | 无。分析部分的输出文件请参照帮助选项。 |
与其他产品的连结 | <读取> 绘图(SXF、DXF) 沿途分析连结数据(USD) 沿途分析用地形数据(GF1) <连结> 挡土墙工程的设计・3DCAD 柔性结构排水沟设计・3D配筋 岩土的动态有效应力分析(UWLC) 固结沉降的计算 |
可以设置挖掘释放率。例如、可以进行
的阶段施工检查。
本程序的【阶段设定】窗口的【单元
定义】标签的右侧并排的按钮群的倒数第二的位置有【应力释放率的设定选项】,通过该选项可以设定挖掘释放率。
【弹塑性岩土分析(GeoFEAS)2D】的边坡稳定性分析是通过选择剪切强度降低法选项进行弹塑性分析、在程序内进行计算后逐渐降低剪切强度使边坡出现大的剪切应变。由此将此边坡(画面上可以通过线显示)作为滑移面,此时低减的分配作为全体安全率分析。因此,该分析可以在有限单元
分析的模型中计算滑移面与安全率。
另一方面、【边坡稳定性计算】是仅基于极限平衡理论来平衡力、对通过弧线假设的滑移面进行安定计算,反复计算假定滑环的安全系数,最终计算滑环的最小安全率。
以往的研究来看,两者得出的结果报告基本一致。
通过有限单元分析理论化的进行固结计算时虽然需要包含Cam Clay模型和Ota
Sekiguchi模型的程序、但是本程序并不存在此类模型。
虽然如此如果单纯的考虑弹性范围的周边地质的横向变形的话,本程序可以使用线性弹性或者Mohr-Coulomb等土的模型(构成原则)进行分析。
进行考虑地下水位或不考虑地下水位的计算,从一种数据中分场合进行时,由于会继承前一阶段的应力等,因此需要特别注意。相反,最好根据目的创建单独的数据进行分析。。
通过程序上的菜单可以设置。但是、液化的计算要根据【河流结构物的抗震性能验证标准】进行。根据相同标准该程序不用做水平惯性力,因此请避免使用在液化模型中。
最初,液化现象表示的是由于地震产生的孔隙水压力,并且存在轻微的时间滞后,也会使地面的刚度变小,且会随着自重而下沉。即使在实际情况中由于地震期间地面的刚度不会立即(同时)降低,因此最好不要同时进行液化模型的刚度的低减与水平惯性力分析。
网格可以作为数据导出。请用Mhs文件观看。
请查看产品中的单元试验模拟程序。
例如、
Stage1 : 液化前
Stage2 : 液化时
Satge3 : 体积压缩时
变形产生的沉降量是通过Stage2-Stage1换句话说Stage2与Stage1的相对位移而得到的。
同样、体积压缩的沉降量是通过Stage3-Stage2即Stage3与Stage2的相对位移而得到的。
最后的合计值则是通过Stage3-Stage1即Stage3和Stage1的相关位移而得到的。
关于方向角的输入方法、进行变形分析时与内摩擦角相一致,稳定性分析时推荐归零法。
可以。提供弹性接头元件与MC接头元件 。但是、不能再现所谓的剥离现象。
接头元件 在岩土与岩土(固体单元)之间可以设定。
由于已经规定了设置的位置和相邻的固体单元
所以请在每个位置(直线上的一组线段)上都进行设定。
运用剪切强度降低法可以计算各单元
的最大应变增量。此数据用轮廓图显示可以清楚地看到滑移面的发生状况。
同时也可以计算整体安全系数。也就是说以最小安全系数自动搜索滑面的图像。
GeoFEAS2D虽然是实行全应力分析(不考虑岩土透水现象的分析)的程序、通过设置水位线将程序内部的水压作为节点荷载进行设定,可以分析由于水压上升而产生的岩土强度低下(整体安全系数等的计算)。
水压上升伴随岩土强度的低下的原因请考虑带有水平的地下水面的岩土。如果地下水面上升,浮力就会增大,(有效)应力就会变下,从而使岩土强度变低。
是静态分析的手法但是会得到与动态分析相似的结果。
具体来看,
将水平加速度(可以处理在垂直方向上不均匀的水平加速度)施加到岩土,会使岩土产生水平惯性力。而且还可以进行地震对地下结构等的影响的检查。
等。
即岩土与结构物轴对称,荷载也轴对称的时候必须进行轴对称分析。进行轴对称分析的时候输入的虽然是2维截面,由于是需要旋转一周的积分分析,所以也要考虑3维的影响。
输入相同的2维截面的时候,由于平面应变分析是在深度方向上半无限地存在相同的横截面,所以不考虑深度的影响。但是轴对称是旋转整周后存在相同的截面、因此需要考虑深度的影响,由此最终会进行3维分析,敬请谅解。
程序内并没有规定网格大小。因此,在这种情况下,我们无法给出【以这种尺寸划分网格】的建议。
网格分割进行的非常精细的话,虽然能使FEM的计算结果得到接近精确的解决方案,但是之后的确认却非常困难。
根据群马大学蔡教授的相关研讨会资料,即使是3倍的单元
值,安全系数的Oder也是只有小数点后第3位的差异。因此,我们认为并没有精细分割的必要。
在网络分割中、存在中间节点的设定(2次单元
)也是一种提高计算精度的手法。具体请使用网格分割定义选项的右下角的按钮进行设定。
弹・完全塑性的物理特性值中强度特性和方向角是主要参数。
强度特性参照的是日本土木学会的隧道图书馆第16号【在山岳隧道进行的模型实验与数值分析的实务】等、以及各种机关中的一般值。如果有三轴试验等的室内试验的结果的话,可以使用C和φ。
方向角是归零法与内摩擦角同时存在的。也可以参考三轴实验结果考虑方向角问题。具体请参考岩土工程学会的2002.7(岩土工程学・基础理论系列)【了解弹塑性有限单元
法】、【岩土的变形分析:从基础理论到应用】等。
样本数据请参考添加在GeoFEAS2D中的数据(slope,embankment等)
请参考以下内容。
用于显示正交各向异性。如层压橡胶一样,垂直方向是刚度结构,水平方向是柔性结构。即使是岩土在堆积过程与地下应力状态中的异方性也大小不一。
Duncan方式:应力-应变关系由双曲线表示。该方式是将应变的等级与约束压力(目标形成深度)不同,而产生的变化的变形系数作为模型。Duncan方式1与2的不同在于区别在于泊松比是恒定的(方法1)还是变化的(方法2)。 (Ver.3)
破坏接近法:主要用于随着隧道的挖掘产生的松散的岩土的分析。具体表现为变形系数随着应力状态逐渐接近破坏标准而降低(岩土松动并易于变形的状态)。
主要用于将剪切弹性系数与剪切应变通过双曲线建模,该模型表现出对岩土的剪切应变(地震时的变形等)的应变依赖性的时候。
与RO模型相同,用于考虑对剪切应变的应变依赖性时。与RO模型在函数的形式上不同。
将剪切应力与剪切应变的骨架曲线通过双曲线表现出来。但是将强度作为参数导入,可以很简便的表示出变形与强度的关系。有运用边坡残余变形分析的示例。
在规定破坏基准(Mohr-Coulomb)后、判定与表示应力状况的应力圈(Mohr圈)的关系,没有达到破坏基准的时候为弹性领域,达到破坏标准的时候为塑性领域,以此为标准分别计算。 达到塑性领域的时候会有很大的变形。
虽然破坏基准的规定手法与MC不同,但是2维(平面应变)的时候是相同的。
破坏基准方面以MC为基准,塑性势方面视DP而定。该模型主要用于达到破坏状态后,随着剪切体积变化的差值是收缩(负辩证法)还是膨胀(正辩证法),想要通过岩土来规定的时候。
能够详细规定通过弹塑性模型一般化过后的模型、由参数决定应变软化和应变硬化、以及固化系数(破坏后的变形系数)等的模型。需要设定大量参数。
与线性模型或者叠层线性模型基本相同,但是也是能够表现出不抵抗拉伸应力的材料的模型。
存在过为了再现现实景象而过于精细设定使得建模显示出意想不到的行为的时候,所以在使用接头元件 时必须要特别注意。
化学注射的时候,最初的第一步为土,第二步为修正化学注射后的刚度,由此可以进行属性设定。化学注射的刚度分析之后,可以进行变形分析。但是第二步与第一步比较之后荷载没有发生变化的话,变形等也不会发生。
为了防止沉陷而想要进行岩土改良的话,在与引起沉降的阶段相同的阶段上更改属性设置(释放应力或载荷)。换句话说,如果由于隧道挖掘而发生沉陷,在同一阶段中进行属性设定,由此可以以这个阶段的属性为基础分析挖掘时的变形。
从前部创建另一个数据并赋予其不同的物理特性时,可以在考虑材料变化(风化)的情况下进行比较。
破坏接近法本来是以岩石为对象提倡的理论,该理论的参数是根据测试结果(例如岩石测试)确定的。土壤覆盖层厚度约为4m,并且是沙质土壤,因此应根据通常建议的最低值(强非线性材料)确定参数我们认为更好。
我们认为可以分析。本产品是全应力静态FEM分析软件。
作用在地下管道上的荷载(地面上的重型装备荷载),例如,分布荷载或指定条件等需要自己指定。将岩土用固体单元
,地埋管用弹簧单元进行建模之后,可以直接得出地下管道的截面力与位移等。
将接头元件的弹簧设定为比周围岩土更高的刚度,在荷载等级低的阶段保持双节点,当达到一定的设定强度(在Mohr-Coulomb方法中为C,φ)时,会出现不连续性。本来由于它是为重现基岩中的裂缝而创建的,因此在针对普通土壤时不随意使用的话可以得出稳定性很高的解。也有桥台与岩土之间必须设定表示虚接口的薄层的时候。
将其变成接头元件。
【 挡土墙工程设计】中仅将根据【有限单元法(FEM)】的岩土进行建模,支持通过单独弹塑性法进行计算或者输入挖掘时计算测量的壁体计算岩土变形的方法等制作【弹塑性岩土分析(GeoFEAS2D)】用的输入数据。
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