初期应力分析・全应力法的动态分析・有效应力法的动态分析(液化分析)

岩土的动态有效应力分析(UWLC) Ver.2

初版发布:2004.04.05/最新Ver.发布:2011.10.28

60,000元

英语版 Ver.2

初版发布:2006.03.28/最新Ver.发布:2016.12.16

OPEN

程序概要

根据基于有效应力的弹塑性理论,可以将地震时的孔隙水压力过高、刚性的低下、岩土的变形等问题通过时间履历计算。
分析对象是地震过程中土壤结构(路堤/填土)的稳定性检查、地下结构物的上浮检查、岩土与结构物的动态相互作用检查等。
附属有决定液化参数功能的程序与优化方法的识别分析程序。可以通过CAD输入轻松地制作FEM模型。支持读取CAD文件。
可以与弹塑性岩土分析(GeoFEAS) 2D在输入文件上联动,也支持导入UC-1系列的 柔性结构排水沟设计・3D配筋的地形数据。

本产品的分析部分是利用群马大学工学部・鹈饲研究室开发的岩土分析程序,本公司负责Pre-Post部分的共同开发产生的产品。

程序的功能与特点

分析的特点

  1. 可以通过进行单元测试模拟设定液化参数
  2. 附加了基于优化方法的识别分析程序,由此可以从试验数据中决定输入参数
  3. 通过标准渗透测试结果N值可以推定构成砂模型的输入参数
  4. 可以选择1维模型和2维模型
  5. 可以进行全应力法的动态分析与有效应力法的动态分析(液化分析)
  6. 可以混合使用全应力法适用单元(不考虑水压)与有效应力法适用单元(考虑水压)
  7. 可以进行考虑了岩土的渗透现象的水土耦合的动态分析
  8. 可以应用全部8种岩土的构成规则并且可以自由混合
  9. 采用了收敛计算的高速化方法Line search与BFGS
  10. 通过自动调整动态分析的时间阶段可以实现分析的稳定化
  11. 支持垂直方向与水平方向的同时震动

适用范围/案例

  1. 使用全应力法的岩土与结构物的动态相互作用检查
  2. 包含了土质结构物(河堤等)的地震时的稳定性检查
  3. 液化岩土内的结构物上浮检查
  4. 液化对策工程的效果评价(结构施工法、固结施工法、砂桩加固法等)
  5. 支持超孔隙水压力消散法(碎石排水法等)
  6. 支持离心振动试验或大型振动台试验等试验的模拟
  7. 支持1维地震响应分析的详细液化判断

考虑到的液化对策示例


  1. 根据结构物实行的施工方法
  2. 固结施工方法
  3. 砂桩加固法
  4. 砾石排污法

分析功能

制作分析模型的顺序
  1. 通过操作CAD可以轻松地制成2维FEM模型
  2. 支持读取CAD数据(SXF)
  3. 网格分割(块分割法)
  4. 轻松创建1维分析模型的功能
  5. 输出网格数据的功能
  6. 通过表格输入材料参数

分析理论

1.单元库


(1) 平面应变单元

可以定义3节点3角形单元、6节点3角形单元、4节点4角形单元、8节点4角形单元4种类的单元。



(2) 梁单元

可以定义主梁单元。



(3) 轴方向弹簧单元

可以定义2个节点。弹簧长度必须在10-5m以上。



(4) 剪切弹簧元件

可以定义2个节点。弹簧长度必须在10-5m以上。



(5) 节点集中质量单元

主要定义一个节点。


(6) 阻尼器元件

定义两个节点。可以设定轴方向与剪切方向的阻尼。



2.构成模型


(1) 平面应力单元模型


  1. 线性弹性模型
  2. 叠层弹性模型
  3. 谈・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. 鹈饲・若井模型(UW-Clay模型)
  7. Pastor-Zienkiewicz砂土模型(PZ-Sand模型)
  8. Pastor-Zienkiewicz粘土模型(PZ-Clay模型)

(2) 梁单元模型

可以将线性弹性模型或双线性模型用作梁单元的恢复力特性。。


(3) 弹簧单元模型

可以将线性弹性模型或双线性模型用作轴方向与剪切弹簧元件的恢复力特性。また、本产品的轴方向与剪切弹簧元件中,您可以在弹簧的两端定义节点集中质量。


3.质量矩阵和阻尼矩阵


(1) 密集矩阵和常数矩阵

您可以选择应用集中矩阵或常数矩阵作为质量矩阵和阻尼矩阵。


  1. 质量矩阵質量・・・集中质量矩阵or 常熟质量矩阵
  2. 阻尼矩阵・・・集中阻尼矩阵 or 常熟阻尼矩阵

考虑作为黏性阻尼的瑞利(Rayleigh)阻尼时必须使用常数阻尼矩阵。


(2) 瑞利(Rayleigh)阻尼

除历史阻尼外,能量阻尼还包括黏性阻尼和发散阻尼。。
在产品中可以将瑞利阻尼视为系统的黏性阻尼。


4.运动方程和联立方程


(1) 运动方程的离散化和积分法


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

(2) 联立方程的解决办法

在本程序中通过天际线法记忆全体刚度矩阵。
可以采用高斯消除法的一种变体--LDLT分解法解决联立方程。

材料参数识别分析

识别分析程序可以用作附件程序。识别分析程序得到的最佳参数可以在UWLC中通过设置材料特性来读取。土壤成分模型UW-Clay可以使用常规的单元测试模拟程序读取确定的参数,也可以模拟应力应变曲线等。


▲通过最佳方法进行的识别分析

用N值来推测砂土构成模型的参数

UWLC将PZ-Sand(Pastor-Zienkiewicz)模型与弹塑性模型用作液化土壤模型。通常为了确定参数必须要事先获得内摩擦角与变形系数,并且计算出定义相变线的参数。相变线就是如果莫尔应力圆在相变线内,则沙子会收缩,在相变线以上而当应力圆在相变线以上时,砂会膨胀。利用该推测功能,可以从N值估计参数。。


▲PZ-sand的参数推测

显示分析结果的功能

支持显示模型图,变形图,时刻履历图(位移、速度、加速度、应力、应变、超孔隙水压、梁截面力),恢复力特性图、响应谱图、Fourier谱图、轮廓图、截面力图、主应力/主应变图 、动画显示、输出数值(节点、单元、梁截面力)

强化岩土分析系列的CIM功能

岩土分析系列的各种产品通过CIM(Construction Information Modeling)功能可以进一步强化。该功能也支持与地形数据、UC-1各种岩土相关产品的流畅的数据连结。
与使用了地形数据*.GF1文件的数据连结
弹塑性岩土分析(GeoFEAS)2D Ver.4

与柔性结构排水沟的设计产生的位移量连结
将【弹塑性岩土分析(GeoFEAS2D)】分析出的岩土变形分析结果(沉降/水平位移分布)导入到【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

GeoFEAS2D

柔性结构排水沟


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】的数据进行联动、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。

UWLC

边坡的稳定性计算

2维渗透流分析(VGFlow2D)Ver.3

与GeoFEAS2D 的水位线的连结

VGFlow2D

GeoFEAS2D


与UWLC 的水位线连结
与边坡的稳定性计算 的水位线/势线连结
通过连结文件(*.PRS【水位線】、*.PTN【等ポテンシャル線】),能后反应饱和/非饱和渗透流FEM分析结果。 
GeoFEAS Flow3D(渗透流分析限定版)

与LEM3D 的水位面连结
将【GeoFEAS Flow3D(渗透流分析限定版)】的分析结果与其他公司产品的分析结果作为标准文本文件在【3维滑坡边坡稳定性分析】中读取,生成分析滑坡所必需的地下水位。由此可以进行3D边坡稳定性分析。

VGFlow3D

LEM3D

产品价格

本体价格

■本体价格

产品名

价格

岩土的动态有效应力分析(UWLC) Ver.2 60,000元
岩土的动态有效应力分析(UWLC) 英语版 Ver.2 OPEN

教育版价格


面向教职、研究人员和学生等教育相关用户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
岩土的动态有效应力分析(UWLC) Ver.2 OPEN
岩土的动态有效应力分析(UWLC) 英语版 Ver.2 OPEN

版本开发履历


版本开发履历

 岩土的动态有效应力分析(UWLC) Ver.2
版本 发布日 主要的升级内容
2.03.00 14/12/19
  1. Pre部分:对应节点编号与单元编号的显示
  2. 输出数值:追加了可以同时选择复数的节点与单元的功能
  3. 追加了反转轮廓图的图例颜色的功能
  4. 支持网格中的腔数在21个时的轮廓图显示
  5. 支持节点与节点编号、单元与单元编号分别显示

操作环境


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(包括OS) 推荐512MB以上
必要磁盘容量 约120MB以上。分析时根据模型大小需要约500MB~数GB
显卡(画面分辨率) 1024×768以上
输入数据扩展名 FUD
文件输出 无。分析部分的输出文件请参照帮助选项。
与其他产品的联动 <读取>
图画(SXF、DXF)
岩土分析联动数据(USD)
岩土分析用地形数据(GF1)
<联动>
边坡稳定性计算

产品购买/咨询窗口


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示例图片

▲模型制作

▲Pre部分的输入效果图

▲1维分析模型实例

▲与结构物的耦合模型
(BOX涵洞)

▲堤防液化时的检查

▲岩土与箱涵的检查

▲超孔隙水压力比率
(2维液化分析)

▲恢复力特性(τ-σ曲线)

▲丰富的动画

▲变形图动画
(堤防模型)

▲最优方法的识别分析

▲单元试验模拟程序

▲读取SXF画面数据的功能

1.功能/概要

可以用八户地震的地震波进行分析吗?

有水平加速度的数据的话,就可以使用包括八户地震波在内的任何地震波数据。
想要调整加速度的最大值的话,通过加载阶段的设置出现读取地震波文件的画面,在这之中存在调整输入波形的选项。
地震波一般通过利用防灾科学技术研究院的K-Net获得。


可以进行基础输入波形与地面输出波形的比较分析吗?

可以。通过将数据Excel文件等输出可以比较基础输入波形与地面输出波形。


通过塔的鞭梢效应可以抽出塔的最大水平力、基础桩的最大应力以及地面的加速度吗?

抽出塔的最大水平力可以通过将塔通过梁构件建模,通过时间履历观察下端的截面力实现。基础桩的抽出也是同样步骤。首先显示时间履历,在屏幕上用鼠标右键单击。由于具有显示菜单的图形编辑功能,可以将数据通过Excel形式等输出。从数据搜索最大值的时候,、最好确认以下此时的截面力图。なお、由于NMQ(剪切力)的最大值并非总是同时出现、我认为最好每个都绘制时间履历图。
抽出地面加速度以与上述横截面力相同的方式进行处理。着眼于任何节点,绘制时间履历图表,导出数据,并检测最大值(绝对值)。


是否可以将加速度波形输出为文本文件?

在显示时间履历波形后,右键单击图形以显示编辑菜单,选择“下载”,然后选择要下载的文本文件。。


可以进行自重分析吗?

本产品内置自重分析功能。在此程序中,初始应力分析(=对应自重分析)和动态分析的两步处理可以单独或连续进行。


在液化的情况下,是否可以显示完全液化后的行为(动态行为,残余变形等)?

可以。此外,UWLC考虑了地面的渗透性现象,因此可以检验地震运动结束后超孔隙水压力的消散(固结现象)。


我想施加惯性力,但可以像推覆分析一样施加载荷(强制水平力施加到支点)吗?

与询问的内容相关的UWLC的功能为以下几点。

  1. Pushover分析(渐进荷载分析方法)是一种在考虑地面和建筑物非线性的分析模型上,通过静态渐增地震荷载来获得荷载与位移之间关系的分析方法。
  2. 在初始应力分析(静态分析)中,虽然可以可以向支点(节点)静态施加水平力,但是不能代表渐增的荷载。
  3. 在动态分析中如果定义了节点集中质量单元,接着输入了作为静态荷载而渐增的加速度的话,可以检验结构物的惯性力。


是否可以通过考虑液化的存在或不存在来评估残余位移?

可以。


网格划分(而不是自动网格划分)可以生成规则的网格吗?
以及分割数不同的部分可以进行自动导入和调整三角形单元的处理吗?

所述问题可以毫无问题地完成。


可以检查伴随着安装了隧道,排水沟门,排水沟等的地面沉降吗?

使用本产品的初期应力分析功能可以检查地面沉降。也可应用于作为土壤结构模型的弹性模型与弹·完全塑性模型(Mohr-Coulomb/Drucker-Prager)。但是,进行施工阶段分析时,虽然本产品的分析部分没有问题但是在Pre-Post部分仍有不支持的功能。因此请注意,在进行施工阶段分析时,不支持所有以及结果整理的自动运行。

2.限制事项

有单元编号与节点编号的限制吗?

单元编号与节点编号没有限制。

3.分析理论

在2维分析中,如何考虑如粘性边界的计算公式中A的深度的长度(土柱的横截面积 )?

UWLC用于处理2维的平面应变问题。
平面应变问题的意思是以3D模型在深度方向上没有变形为假设,将其用作2维模型的问题。深度的长度是单位长度。SI单位为1m。
因此在对于粘性边界的土柱,深度为1m,宽度为格点之间一半的长相加的长。


请告诉我水位线输入与地层线输入之间的区别。

水位线的处理方式与地层线的输入方式相同,必须将上下分别分割为不同的地层定义岩土数据。
动态分析时水位线为自由水面,也是消散超孔隙水压力的边界表面。


是否可以通过响应位移法计算结构物的截面力和位移?

并不是通过应答位移法计算出的截面力与位移。
用过有限元法,将各种结构物(墙壁、桩、锚固材料、箱子等)作为梁单元建模,可以显示与岩土全体一同整体进行FEM分析(静态分析、动态分析)得到的梁单元的截面力与位移。

4.输入

我想将输入波形间隔Δt除以1/10并进行积分,然后以Δt/ 10的时间间隔输出结果。这其中积分时间的时间间隔可以任意设定吗?

在【时间间隔的初始值】中输入输入波形数据的时间间隔的1/10的数值,在【分析执行-输出】选项卡上的【历史记录的时间间隔】中输入该数值。
每个输入值可以在规格范围内任意设置。

5.建模

请告诉我如何对土工布进行建模。

以运用UWLC的初期应力分析进行建模为前提,考虑阶段分析的必要性。
岩土与土工布组合的时候,将岩土作为固体单元,土工布作为梁或者杆单元,指定地面的节点通过土工布连接,加上土工布的刚度,可使水的移动将途中变为在岩土单元间移动。还没有结束初期应力分析时,用其他的静态有限元分析程序,您还可以执行阶段分析以求得初始应力。

阶段1: 平坦的岩土

阶段2: 设置土工布

阶段3: 路堤施工

获得初始应力后,替换str文件并转到动态分析。
其中,虽然阶段分析需要使用其他的静态应力分析程序,但是本公司的GeoFEAS2D具有与其他静态应力分析程序相同的功能。


在进行动力分析和检查土的时程变形量时应考虑多大宽度?

通常应该考虑比岩土高度高3倍到5倍的程度。
理想情况下,如果是试过了数种模式,分析结果显示为稳定的模型的话,就认为是可行的。


是否可以将液化地面上的结构物(挡土墙等)作为整体解决?

可以。
例如,将岩土中的桩基础等作为梁单元,或者沉箱码头等作为固体单元建模后输入,可以将岩土与结构物作为整体进行分析。


请告诉我从考虑对象的范围到横向边界,需要多长的模型?。

为了尽量减少横向边界的影响,越长越好。但是,现实情况下,考虑到模型大小,计算时间等之间的平衡、不可能随心所欲地设定长度。至少,我希望您确保在水平方向上的路堤宽度。
考虑样本数据时,实行的是确保路堤宽度(坡脚宽度)为50m,两侧各为50m,水平方向全体为150m,垂直方向到基础面为止为83m的分析模型。在分析示例中,有时会有确保100m或200m的模型。
考虑分析模型的范围时,例如有路堤大小(或者挖掘范围的大小)为基准,水平方向为几倍,垂直方向为几倍的明确基准的话是最好的。但是,事实上,很多时候这些基准是由设计者决定的。设计者将考虑尝试哪种情况,不受影响的分析模型范围等问题。


是否可以使用多边形基础(圆形桩基础布置)建模??

该产品以每1 m深度模型为前提分析岩土部分。同样,对于地下结构,有必要考虑每1 m深度进行建模的问题。
将该查询案例作为模型的一种案例进行时,以深度18m为立足点基础,将同一地方的重复的桩的桩数分的刚性用深度18m除去,考虑每1m换算的桩身刚度的方法是最合适的。请设计师自行决定采用哪种方式。


可以将减震器(圆柱体与骨架之间有缝隙的圆柱体)安装在墩柱的横截面周围,建立使墩柱的晃动不直接传递到路堤部分的模型吗?

在路堤部分制作一个有井状的坑的岩土模型即在2维模型中设置有缝隙状部分的岩土模型,用井底被梁贯穿到里面的模型代用的话可以建立问题所述模型。请用MPC连接井的左右岩土,以使其行为相同。。
比地面更突出的梁单元部分可以载入任何的骨架。
考虑了桥墩的宽度的话(考虑了如现浇桩那样不细小的东西的话),路堤部分有坑洞的话可能会建立与现实更相像的模型。


是否能显示沉箱与地面之间的无附着性?(结构物与岩土之间插入双线性剪切弹簧等)

可以插入剪切弹簧。也可以设置并显示薄弱层。通常该程序还可以定义联合单元但是现在的UWLC并不能。


请告诉我是否有一种方法可以用边界面表示半无限大的岩土。

通常设置底部边界为粘性边界。UWLC使用阻尼器元素设置粘性边界。对于横向边界,如果是分层地面,则使用MPC边界条件设置相等的位移边界;如果是不规则地面,则使用粘性边界设置。

6.联动

可以将考虑了施工阶段的GEOFEAS2D分析结果,作为UWLC的初期应力加以利用吗?

可以将应变与应力写入GeoFEAS2D的输出文件(扩展名 ott)。将该文件写入保存了UWLC的初期应力的文件的话(扩展名 str),以阶段分析后的应力为基础,可以设置初期应力。文件名必须相同。


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