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1 We Analyzed and Design the Future. Modeling, Integrated Design & Analysis Software MIDAS IT The World s Best Engineering Solution Provider & Service Partner. 有限要素法を用いた2D地盤解析ソフト 斜面安定 地盤変形 動的解析 浸透流 圧密

2 SoilWorksとは 概要 開発背景 解析分野別に使用するソフトウェアが分かれ 解析機能が制限されている ソフトウェアが解析機能に偏り PrePostが古く 使いにくい 製品コンセプト + 圧密 関口太田モデル 有効応力/全応力動的非線形 UWモデル UW軟化モデル STADAS FLIP, LIQCAのPREPOST 直観的な操作環境すぐに使える CADデータよりCopy & Paste 多彩なメッシュ生成機能 2次元地盤工学の問題を全て解決できる総合ソリューション 2

3 概要 特徴 CADデータの利用 コピー&ペースト ポストプロセッサー 多彩なグラフィックの表現方法 と数値テーブル 幾何形状作成 SoilWorks ソルバー 日本現地化された地盤系のソルバー CADデータの修正 形状作成 解析制御データ メッシュ作成機能 オートメッシュ マップドメッシュ 直交メッシュ GUIとテーブルベースの多様な解析データの入力 3

4 概要 SoilWorksの差別性 既存ソフトの不便なところ SoilWorksの対応 CADとの互換性をスムーズにしたい Import時の形状エラーを無くす 簡単な2次元断面モデルの修正 Copy Pasteによるワンクリック操作 CADコマンドキー式のモデル作成及び修正 高品質のメッシュを簡単に生成したい 物性値の入力ミスを防ぎたい 構造部材の剛性を自動計算 地盤物性情報のMy database化 JIS材料及び断面DBの提供 管理者が解析情報を簡単に確認したい テクニカル レビュー(Technical Review) 解析結果の傾向を一目で確認したい 結果の整理を含んだ表とグラフまで自動生成 モデリング作業の時間を短くする 解析エラーを防ぐ データの復旧 修正作業を簡単にしたい 不要な単純繰り返し作業を減らす CADで作成したグリッド線に対するメッシュ の一括生成 要素サイズ指定方式の四角形メッシュの自動生成 直交メッシュの自動生成 パターン分割メッシュ Undo/Redoの無制限 : 作業ミス発せ時に任意の作業 段階に戻り データの復旧が可能 中間検討用の資料作成の時間を短縮したい MSWord形式の報告書を自動生成 一つの作業ファイルで複数の解析を行いたい 解析ケースによる複数解析 パラメータ解析 4

5 概要 SoilWorksのメッシュ作成機能 オートメッシュ エッジ/サーフェイスからの2Dメッシュ作成 自動で領域を定義 メッシュを生成 AutoCADで作成した複雑な2次元モデル対して ワンクリック でメッシュ生成 マップドメッシュ 等分割数で分割 規則性のある4角形メッシュ を生成 5 節点を共有して複数領域にメッシュ生成

6 SoilWorksのメッシュ作成 概要 直交メッシュ 線で囲まれる領域を選択するだけで 格子状のメッシュを自動生成 斜面地盤をモデリングする時に主に使用 パターン分割 連結部 細かい領域 粗い 領域 応力の集中する部分だけを細かくする パターンタイプを指定し 分割する要素を 選択すると 粗い領域と細かい領域を自動連結 6

7 概要 結果一括出力とアニメーション機能 結果図一括出力 [ 結果図選択 ] ステップ別の結果図を MSWord 形式に一括出力し 報告書作成時に簡単に編集可能 アニメーション [Word ファイルに書き出した図 ] 再生中でも拡大 / 縮小可能 [ アニメーションは *.avi ファイルに保存可能 ] 7

8 追加資料 Technical Reviewと報告書作成 Technical Review 報告書機能 入力データのチェック Micosoft word形式 複数のケースの解析結果を自動的に整理して一括出力 指定した項目を設計基準と比較して結果を提供 Geometry Check, Mesh Check, Material Check, Boundary Check, 施工段階 Check イメージ テーブル グラフなどの初期フォーマットの変更 テーブルスタイル 報告書の内容 タイトル フォント (モデル情報 結果項目) 8

9 概要 解析機能 地盤変形解析 斜面安定解析 盛土 切土 掘削 段階施工 浸透流解析 隣接構造物の影響検討 せん断強度低減法 極限平衡法に基づいた応力法 定常 非定常 円弧スベリ 飽和不飽和特性(UNSAF) LIQCA 液状化解析 手法 圧密解析 1次元圧密 関口太田モデル 修正Cam Clay 動的解析 PREPOST for FLIP, LIQCA 等価線形 Shake,Flush 全応力 有効応力(UWモデル, UW軟化モデル, STADAS) 9

10 概要 1次元圧密解析 パラメータ解析 1 予備解析(粘土層の地盤物性だけを用いて地下量を予測) 2 プレローディング(盛土高さのパラメータ解析) 3 促進工法別の排水材間隔 予備解析 工事区間の複数の軟弱地盤層を対象に 盛土の高さ別に圧密度 圧密沈下量の傾向を把握 沈下量(m) 軟弱層 計15ケース 盛土高による圧密沈下量(m) 盛土層 粘土層 5ケース (2m, 4m, 6m, 8m, 10m) 盛土層 3ケース (3m, 6m, 9m) 盛土高による圧密時間(日) 地盤改良の必要性を判断 沈下期間(日) 盛土高さ別の圧密時間 沈下量 10 時間沈下量曲線

11 概要 1次元圧密解析 プレーローディング解析 無工法 または計画する排水工法に対して 盛土の高さを決めるパラメータ解析 ③ ②① 盛土領域自動作成 ①ケース ②ケース ③ケース プレローディング パラメータ設計 排水材間隔のパラメータ解析 複数の排水材工法に対して 排水材間隔をパラメータにし 最適の排水材間隔を決定 5 ケース 6 ケース 地盤改良領域 報告書の自動作成 排水工法による排水間隔のパラメータ解析 11

12 概要 2 次元圧密解析 軽部式と経験式による地盤定数の自動算定 非圧密境界 入力パラメータ 自動算出パラメータ 全応力要素 : 過剰間隙水圧 静水圧を考慮しない要素 排水境界の設定 排水境界 粘土 砂 砂礫 粘土層の上下に過剰間隙水圧が 0 になるように設定する機能 12

13 概要 浸透流解析 節点水頭再調査 浸潤線の CAD ファイルの書き出し 全水頭 < 位置水頭流量 =0 フローパスと流量自動算出 フローパス 節点流量の自動計算 13

14 概要 連携及び連動解析 Bishop Fellenius Janbu 円弧すべり計算 FEM 圧密解析 ( 関口 太田モデル ) 1 次元圧密沈下計算 FEM せん断強度低減法 FEM 地盤変形解析 14

15 概要 SoilWorksの動的解析機能 1次元動的(等価線形) Shakeコードを搭載 観測波の 引き戻し や 立ち上げ によって建物への入力地震動を算出 地層の簡単定義 層厚 単位重量 Vs値 データベースから地盤のひずみ依存特性を簡単に考慮 応答加速度のE+F成分 2E成分の選択算出 地盤のデータベース ひずみ依存特性の考慮 地層の定義 15

16 概要 SoilWorksの地盤動的解析機能 2次元動的(等価線形) FLUSHコードを搭載 地盤と構造の動的相互作用を考慮 地盤の非線形性 1次元解析と同様 ひずみ依存特性の考慮 境界要素の自動生成 > 側方 伝達境界 底面 粘性境界 固定 構造部材 梁要素 ジョイント要素 バネなど 地中構造の断面力 境界要素の自動生成 地盤のせん断応力分布 2次元非線形動的 鵜飼 若井モデル 鵜飼 若井軟化モデルを搭載 > 地震時の斜面安定性を詳細に検討 東北学院大学吉田教授開発のSTADASを搭載 > 過剰間隙水圧の上昇による液状化検討 2013年上半期リリース予定 16

17 検証/比較 地盤変形解析 対称 条件 外部圧力を受ける1/4対称モデル Mohr Coulombの弾塑性材料 応力結果と変位結果を理論解と比較 X 対称条件 X方向応力の結果 Yield zone Radius 周方向/接線方向の応力比較 17 理論解 SoilWorks Ratio(%)

18 検証/比較 地盤変形解析 分布荷重 Gibson土壌に荷重が作用する時の沈下量計算 深さによって線形増加するせん断剛性を表現 理論解はポアソン比が0.5 解析ではポアソン比を0.495に設定 4m 7m 表1 解析条件 解析タイプ 線形静的解析 要素タイプ 高次6節点の三角形要素 材料 境界条件 荷重条件 1 弾性係数 1 299z kn/m2 ポアソン比 左側& 右端 X方向拘束 底部 X, Z方向拘束 鉛直変位(沈下量)のコンター 上部に10kN/m2の圧力を載荷 z 深さ 沈下量 2 18 理論解 SoilWorks Ratio(%) 理論解はポアソン比が0.5

19 検証/比較 圧密解析(1次元) 5m 5m 5m 5m 4つの粘土層から成る軟弱性地盤の圧密沈下量 と圧密時間を計算 地下水位は地表面上にあると仮定 時間別の沈下量をDECALTと比較 15m 5m 5m 5m 5m ステージと計算時間(最大時間600日) ステージ 開始時間 終了時間 圧密特性 e E E E E07 時間によるClay4の沈下量(mm) の比較 2.0E07 0.0E P (tonf/m2) elogp曲線 100 SoilWorks 8.0E07 4.0E07 1 DECALT B社製品 P (tonf/m2) CvlogP曲線 時間 DECALT SoilWorks Ratio(%)

20 検証/比較 圧密解析(2次元) DACSARの例題を用いて 2次元の軟弱性地盤の 圧密沈下量と圧密時間を計算 時間別の沈下量をDACSARと比較 収束計算を行うため 大きい時間増分でも 安定した解が得られる DS SW 論文に掲載されたDACSAR例題 時間別の沈下量(m)の比較 20

21 圧密解析(2次元 お客様検証) ステージ As1 Ac1① Ds3 新規盛土 材料モデル 線形弾性 関口太田 線形弾性 線形弾性 過圧密比 圧縮指数 膨潤指数 初期体積 歪速度 2.67e4 As1 Ac1① Ds3 解析工程 累積日数 STAGE1 初期応力解析 0日 STAGE2 盛土施工(32日間) 32日 STAGE3 放置30日 62日 STAGE4 放置60日 92日 STAGE5 放置180日 212日 STAGE6 放置360日 392日 STAGE7 放置1080日 1112日 STAGE8 施工開始から1800日 1800日 鉛直変位 cm ダイレイタン シー係数 2000 地盤物性の特性 次元的な動きをする単純モデルを対象に DACSARを搭載した他社製品と 関口太田モデル の 弾粘塑性について検証 32日間の盛土の後 1768日間放置して沈下量を計算 新規盛土 5000 検証 いであ株式会社 5000 検証/比較 tc=116日 SoilWorks 70 経過時間 日 盛土節点の圧密沈下量 21

22 検証 / 比較 一斉解析 (2 次元 ) プログラム 最終沈下量 Dを基準とした差 誤差 A 3602mm 19mm 0.5% B 3630mm 47mm 1.3% C 3862mm 279mm 7.8% D 3583mm % E 3767mm 184mm 5.1% F 3789mm 260mm 5.7% SoilWorks 3622mm 39mm 1.08% 最終沈下量 過剰間隙水圧 22

23 検証/比較 浸透解析 5m 不飽和特性を考慮した非定常解析 時間によって変動する水位 降雨条件を適用 圧力水頭体積含水比比透水係数の関数 を考慮し 不飽和特性を定義 1m 2m 2m 5m 1.25m 1.5m 表1 解析条件 解析種類 不飽和特性を考慮した非定常 要素タイプ 低次の三角形 四角形要素 Embankment k=0.036m/hr 材料 Clay1 k=0.004m/hr (透水係数) Sand k=0.36m/hr Clay2 k=0.0036m/hr 右側 水頭 上部 (境界再調査) 境界条件 全水頭曲線(140hr) A社製品 面流量 時間による全水頭結果 23

24 検証/比較 動的解析機能の検証(1次元) 30 ft Sand 40 ft Clay 80 ft 対象 砂と粘土でできている半無限の水平成層地盤 入力波 表層地盤の観測波を基盤層に引き戻した波 Shakeコードを搭載した他製品と結果を比較 Sand 層別の応答加速度の比較 Bed Rock 地層構造と地盤特性 A社 : SoilWorks 単位 cm/sec2 24 地層 A社 SoilWorks Ratio(%) 表層部

25 検証/比較 動的解析機能の検証(2次元) 伝 達 境 界 対象 1つの地盤層からなる単層地盤 境界条件 > 左右 伝達境界 底部 固定境界 0.828Gの地震波を基盤層に入力 FLUSHコードを搭載した他製品と結果を比較 層別の応答加速度 メッシュ大きさ 1m 1m 応答加速度コンター 単位 m/sec2 解析モデル 25 地層 A社 SoilWorks Ratio(%) 表層部

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