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UC-1系列 地盘分析
 
UC-1
三维渗透流分析(VGFlow)
三维渗透流分析(VGFlow)导入模块版
三维渗透流分析(VGFlow)前后版
 
前后部+分析部 日圆730,000
仅分析部 日圆480,000
仅前后部 日圆250,000

饱和/非饱和渗透流分析程序

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  Q&A (产品评价、导入时起重作用的Q&A)
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 1.系统构成

Q1-1. 「3维渗透流分析(VGFlow)」和「VisualFEA Pre&Postprocessor」分别请教其功能。
A1-1. 本系统由下述2个程序构成。
  (A) FEM分析Solver → VGFlow
  (B) PrePost系统 → Visual FEA

上述(A)VGFlow是指,渗透流FEM分析的Solver(分析部),通过上述(B)Visual FEA可对Solver进行输入输出。另外,本分析部是(B)的没有PrePost的LoadModule版(输入输出是通过数值直接输入的文档基础)的使用可能。
另一方,上述(B)的Visual FEA是指FEM分析用的通用PrePost,渗透流分析以外的任意FEM分析中作为网格生成器也可以利用。

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 2.输入及适用范围

Q2-1. 对于可处理的要素数有限制吗?
A2-1. 制作有限要素模型时,对要素数(分割数)虽然没有限制,可作成的要素数依存于机器的性能。
网格分割时,因为大量使用内存,要素数较多时会显示内存不足的错误信息。
这根据机器的不同,CPU为3GHz·内存为4GB的机器,节点数·要素数应该参考10万作为限制。
 
Q2-2. 渗透流分析时关于土质定数(比存储系数,残留体积含水率,饱和体积含水率),应该输入大约多少数值?
A2-2. 关于物性值,国内代表性的地盘中通过透水试验结果及保水性试验、非饱和试验数据的vanGenuchten模型,同定值(不仅是α,m,也包含θr,θs)、比存储系数等在程序也有内蔵。
[Poroerty]对话框中,通过从下述材料列表中选择,地盘的饱和渗透特性(包含咨询中的比存储系数,残留体积含水率,饱和体积含水率)及非饱和渗透特性在对话框内因为被自动设定,请参考这些值。
 砂
 丰浦砂
 细粒砂
 砂质土
 关东垆坶质土壤
 冲击土
 粘性土
 白砂
 细沙土1
 细沙土2
 
Q2-3. 初期空吸的指定中根据「河川堤防的构造讨论的辅导」进行计算的情况,应该指定哪个情况?
A2-3. 「河川堤防的构造讨论的辅导」中,初期地下水位的设定上的注意点的记载程度被留下,以此为基础具体在初期空吸没有记载根据怎样的手段规定。
初期空吸的输入时,考虑饱和域及非饱和域的透水特性等,需要设计者自身进行设定。
体积含水率等没有实测值,厚的不透水层等的分布等不出特殊间隙水压分布被想定时,作为最容易的手法,作为直线间隙水压分布推荐采用假定的手法。
  • Pore pressure with liner variation :
    饱和域·非饱和域共同,假定间隙水压按直线段布
  • Pore pressure defined by table :
    根据深度输入间隙水压值,关于非饱和域可设定非直线的空吸。
  • Volume water content withe linear variation :
    饱和域·非饱和域共同,假定体积含水率按直线段布
  • Volume water content defined by table :
    根据深度输入体积含水率值,关于非饱和域可设定非直线的空吸。
 
 
Q2-4. 进行降雨分析时,实测的降雨波形不是手动输入,可以从数据文件导入吗?
A2-4. 是的,只要是文档的形式便可以导入。

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 3.分析模型作成

Q3-1. 网格中可以定义高度(标高)吗?
A3-1. 本程序前后处理的VisualFEA是设计计算以外的任意FEM分析作为对象,因为作为通用软件被设计,关于网格不能设定标高等的属性。
本程序中,[Edit]-[Stick to Grid]处于选中的状态(默认),描绘的Line在该网格点上吻合的位置进行描绘。
另外,通过[View]-[Grid Setting]因为可以变更网格的比例、间距,描绘的线不放在1.0m间隔的网格时,对其调整或者通过摘除[Edit]-[Stick to Grid]的选项,可描绘网格上没有的线。
新建中输入或DXF导入后追加输入时,请利用上述功能。
   
 
Q3-2. 想进行三维分析,地盘的标高值应该在哪个轴设定?
A3-2. VGFlow中,二维分析和三维分析的情况,坐标轴的垂直方向不同。
  • 二维分析 → 重力项是Y轴下向
  • 三维分析 → 重力项是Z轴下向
为此,三维网格的作成时,请注意Z轴设定为垂直方向。
 
Q3-3. 请教分析模型作成地表面数据的作成方法。
A3-3.
  1. 准备以下格式的标高数据文件。
     
  2. 制作基准的平面网格。
  3. 选择[Edit]-[Project]菜单。
  4. [Project]对话框中选择[Surface Mesh]、[Data points],[Read]按钮导入标高数据文件。
  5. 基准的平面网格选择后,点击[Project]按钮制作地表面数据。

    ----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+
    标高数据文件的格式:
    [地点数N]
    [X坐标1] [Y坐标1] [Z坐标(标高)1]
    [X坐标2] [Y坐标2] [Z坐标(标高)2]
    ···· ···· ····
    [X坐标N] [Y坐标N] [Z坐标(标高)N]
    ----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+----*----+"

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 4.网格分割

Q4-1. 网格作成时,请教关于网格形状的对应种类。
A4-1. 本产品中PrePostProcessor的VisualFEA是,FEM分析用的通用PrePost系统(不仅渗透流,也想定流体分析和构造分析)在网格分割时,任意任意形状(例如,飞机、咖啡杯,有内空断面的管道等)均为可能,另外,所有断面的网格分割均可能。
 
Q4-2. 河川堤防的设计事例中像格子状网格分割可能吗?
A4-2. 本程序中,对于像土堤防一样的台形形状,通过自动网格适合FEM分析的网格分割、或天端和基础的分割数通过令其相等,放射状规则的网格分割可能。
但是,各要素从所有直角形成的格子状网格分割中基本上不做对应。
想按格子状的网格分割时,请按以下要领输入。

《顺序》
模型由复数个四边形形成,各线段如以下所示按要领输入及分割。

 ·坡面~坡面基础 : 按想要切割的网格宽度分开输入复数个线段。
 ·天顶及基础地盘 : 按1条线段输入,按想要切割的网格宽度设定分割数。
 

 ·坡面内 : 按1条线段输入,对面相对的便按网格高度相同值设定分割数。
 
 
Q4-3. 渗透流FEM中,所谓按网格分割堤高的10分割的考虑是,根据作为对象的堤防的规模在分析精度上没有问题吗?
A4-3. 关于相对堤体的网格分割,有水位变动的部分,网格切割越细的一方分析精度被提高。
不是按『按10分割程度分割』,而是『最低按10分割以上』。
再者,此『最低按10分割以上』是指相对普通堤防的规定,规模充其量堤高10m程度的规模,这里一个网格最低也要按1.0m以下。
相对堤高为15m以上的止水构造物、高填土,应该按分割数尽可能小的进行设定。
 
Q4-4. 利用国土地理院的50m网格标高数据,可进行地表面数据作成吗?
A4-4. 本系统的PrePostProcessor通过运用VisualFEA的投影(Project)功能,可以制作地表面数据,即「基准的平面网格投影到标高数据的面网格」。
 
Q4-5. 网格分割后领域可以划分吗?
A4-5. 自动网格时,对于必须要划分领域Line并不是对网格进行分割,一旦该当位置的网格解除后,在想切割的领域追加线段的基础上,请再度分割网格。

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 5.分析功能

Q5-1. 渗透流FEM中固定分析和非固定分析具体指什么?
A5-1. 地下水面是平面,在动水坡度没有时有静水压状态,土中水的举动有不随时间变化的状态。
此外,地下水面中有动水坡度时,来自山侧的供给量和谷侧的扩散处于平衡状态中,土中水的举动不呈现随时间的变化。
此状态为固定状态,该模拟称为固定分析。
另外,像河川水位一样通过天气、上流水库的运用,伴随水位变化土中水为平衡状态中没有的状态便是非固定状态,该模拟称为非固定分析。
 
Q5-2. 灾害对策等向山岳部设置填土(填土像堤防一样的功能),其中有像格里拉大雨一样集中降雨的时候,可以计算填土背面的积水程度吗?
A5-2. 根据分析对象,VGFlow的有需要其他雨水流出分析程序 xpswmm的可能。关于各产品中分析对象的现象说明如下。
  • VGFlow
    相对有効降雨地下水流出现象的模拟作为对象,相对降雨的表面流出现象不做处理。
     支配方程式 : Richards式(二维分析、三维分析)
     分析对象   : “土中水”的饱和/非饱和渗透现象
     数值解法   : FEM(有限要素法)
  • xpswmm
    相对实际降雨的表面流出现象的模拟为对象,关于地下水流出通过Horton式、GreenAmpt式作为一维初期损失,进行计算及渗透施设等为对象的一维饱和/非饱和渗透的处理,二维或三维的渗透流分析不进行处理。
     支配方程式 : SantVenant式(一维分析、二维分析、1D-2D连动分析)
     分析对象   : “表面水”的表面流出现象,
     数值解法   : FDM(差分法)
  • 讨论的模拟现象
    相对降雨的填土背面会有多少湛水为目的时,因为现象为“表面水”,需要xpswmm。
    另一方面,VGFlow中作为条件xpswmm导致的“表面水”的分析结果,赋予外水位时可模拟填土内及基础的“土中水”的地下水流出现象。为此,相对大雨填土及基础的渗透破坏、管道破坏等地下水流况的分析为目的时,需要VGFlow。
 
Q5-3. 通过建筑物的施工,可以确认变化的地下水位吗?
A5-3. 本程序是由Richards式通过饱和-非饱和渗透流支配方程式的有限要素法,通过数值解法赋予适当的渗透特性和边界条件,因为可以模拟土中水的举动,其用途可进行伴随建筑物施工的地下水影响分析。
虽然没有阶段分析功能,在施工前后制作分析模型,施工前的现状中基于地下水位的实测,设定适当的渗透特性等,通过应用施工后的模型,伴随其施工可进行地下水影响的分析。相对施工后的模型,例如施工中的基坑壁等,[Assing]-[Seepage Property]中通过Cutoff,作为渗透变得不连续的二重节点可进行模型化。
 
Q5-4. 可以处理自由水面(河川、海岸等水部)吗?
A5-4. 作为程序分析对象根据渗透流的支配方程式(Richards式)仅限土中水,如咨询中提到的一样不对应高于地盘面的表面水(并非土中水、河川海岸、蓄水等)的乱流现象的支配方程式(例如Navier-Stokes式等)。
为此,作为模型设定的有限要素,仅限地盘部分,如咨询中提到的对于高于地盘面的表面水,根据自由水面将压力赋予堤防等边界进行计算。
再者,非固定分析时的初期条件设定时,咨询中有的从表面水~土中的自由水面作为一系列水面形所赋予的形式。
 
Q5-5. 依据「中小河川的堤防点检·对策的辅导(案)(http://www.jice.or.jp/siryo/t1/200411040.html)的校核可以吗?
A5-5. 本产品「VGFlow」是进行非固定饱和·非饱和渗透流分析的程序,同辅导中列举的代码(GW-USAF、PC-UNISSF、2D-FLOW、SAUSE、SOIL2F等)一样,原始上可依据同辅导进行分析。
关于本产品「VGFlow」中同辅导的对应可否,其概要记述如下。在考虑这些对应状况的基础上讨论如下。
  1. 网格分割 → △
    本程序前部中自动网格分割作为原则,同辅导「要素分割事例」中格子状的网格分割原则上不做对应。(这里,原则上不做对应是指,操作上有一定困难,根据产品帮助的Q&A1-3中的操作顺序,也可进行格子状的网格分割)
    个人建议,同辅导「要素分割事例」中关于格子状的网格分割,根据分析类別具有一定意义,关于渗透流分析手动进行网格分割是当时的习惯,从FEM的计算精度而言一般认为不是根据,因为继承设计事例也是一种设计思想,请设计者自行判断。

  2. 非饱和渗透特性 → ○
    关于非饱和渗透特性(ψ-θ曲线、Kr-θ曲线),同辅导中有的『实务的切分』图4.3.6及图4.3.7所示,添加了数据,这些可以没有费事的输入直接使用。
    另外,关于非饱和渗透特性,相对van Genuchten式通过输入同定的参数,可进行van Genuchten式的分析。

  3. 用于降雨波形作成的流出分析 → △
    本程序是非固定饱和·非饱和渗透流分析的程序,不对应流量水文图表的计算。降雨波形需要直接输入。

  4. 河川水位(外水位)波形的设定 → △
    本程序是非固定饱和·非饱和渗透流分析的程序,没有辅导中有的河川水位(外水位)波形的自动设定功能。设计者需要自行制作波形,作成后直接输入河川水位(外水位)波形。

  5. 滑动破坏(渗透破坏)的讨论 → △
    本产品「VGFlow」仅将渗透流作为对象,对于反应了渗透流分析的滑动破坏,需要其他产品「斜面的安定计算」支持。

  6. 管道破坏(渗透破坏)的讨论 → △
    没有辅导中规定的局所动水坡度的算定功能。
    关于局部动水坡度的算定,运用全水头及压力水头的节点出力值等,设计者可自行手动计算。

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