JP3907643B2 - Ground motion analysis system, ground motion analysis method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、地盤震動解析システム、地盤震動解析方法、及びプログラムに関し、特に有限要素法モデルを使用して地震動に対する地盤の安定性を評価する、地盤震動解析システム、地盤震動解析方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a ground motion analysis system, a ground motion analysis method, and a program, and more particularly to a ground motion analysis system, a ground motion analysis method, and a program for evaluating the stability of the ground against a ground motion using a finite element method model. Is.
通常、地盤の安定性評価で用いる有限要素法は、複数の材料特性や複雑な境界条件を容易に解析に取り入れることができる反面、基本的に決定論的解析手法であり、地盤工学に適用する場合には、地盤の材料特性がもつばらつきを無視して、材料特性を確定値として与えなければならない欠点を持つ。 Normally, the finite element method used for evaluating the stability of the ground can easily incorporate multiple material properties and complex boundary conditions into the analysis, but it is basically a deterministic analysis method and is applied to ground engineering. In some cases, the material properties of the ground must be ignored and the material properties must be given as definite values.
特に、本発明の対象とする地盤の安定性評価に際しては、材料のもつばらつきの大小が結果に大きく影響するものと考えられ、確率論に基づく信頼性解析によって、その安定性を評価する必要がある。 In particular, when evaluating the stability of the ground that is the subject of the present invention, the magnitude of the variation of the material is considered to greatly affect the results, and it is necessary to evaluate the stability by reliability analysis based on probability theory. is there.
最近では、地盤の安定性評価に際して、材料定数の空間的なばらつきを考慮するために、乱数を用いて各要素の材料定数をばらつかせて解析を行うモンテカルロ法が実施されてきている。この方法は、各要素における材料定数の組み合わせで解析ケースが発生する。通常、確率的な評価をする場合には、数千ケースの解析が必要であり、膨大な計算時間と計算コストがかかるのが現状である。 Recently, in order to take into account spatial variations in material constants when evaluating the stability of the ground, a Monte Carlo method has been implemented in which analysis is performed by varying the material constants of each element using random numbers. In this method, an analysis case is generated by a combination of material constants in each element. Usually, when performing a probabilistic evaluation, analysis of several thousand cases is necessary, and a huge amount of calculation time and calculation cost are required at present.
従来のモンテカルロ法を用いた地盤の安定性評価の概要を図12及び図13に示す。図12は、モンテカルロ法による安定性評価の手順を示すフローチャートである。 The outline of the stability evaluation of the ground using the conventional Monte Carlo method is shown in FIGS. FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of stability evaluation by the Monte Carlo method.
図12において、最初に、対象とする地盤の有限要素法モデル(FEMモデル)を作成し、地盤物性(材料定数)を確定値で設定する(ステップS101)。次に、地震動(外力)を与えて動的解析を行う(ステップS102)。この動的解析においては、一義的に決定したFEMモデルを用いた動的解析を実施し、各ケース(case1〜caseN)における地盤の地震時応力を算出する。この地震時応力は、時々刻々と変化する時間関数である。
In FIG. 12, first, a finite element method model (FEM model) of the target ground is created, and the ground physical properties (material constants) are set as fixed values (step S101). Next, dynamic analysis is performed by applying seismic motion (external force) (step S102). In this dynamic analysis, a dynamic analysis using a uniquely determined FEM model is performed, and the earthquake stress of the ground in each case (
次に、地盤の地震時応力に基づく安定性評価を行う。この安定性評価においては、ステップS102で算出した地震時応力から、想定すべり線の作用力を求める。また、対象地盤の地盤条件(地盤強度)から、想定すべり線の抵抗力を求める。そして、すべり安全率Fsを「抵抗力/作用力」から算出する。このすべり安全率Fsは、時々刻々と変化する時間関数であり、1.0よりも小さくなる場合、地盤は地震時に滑動する可能性がある。なお、このすべり安全率Fsの算出も各ケース(case1〜caseN)について行う。
Next, the stability is evaluated based on the earthquake stress. In this stability evaluation, the acting force of the assumed slip line is determined from the earthquake stress calculated in step S102. In addition, the resistance of the assumed slip line is obtained from the ground condition (ground strength) of the target ground. Then, the slip safety factor Fs is calculated from “resistance force / acting force”. This slip safety factor Fs is a time function that changes from moment to moment, and if it is less than 1.0, the ground may slide during an earthquake. The slip safety factor Fs is also calculated for each case (
また、図13は、モンテカルロ法による安定性評価の概要を示す図である。
図13において、最初に、地盤調査などにより得た物性値(弾性係数や強度等)のばらつきを確率密度関数でモデル化し、FEMモデル10の各要素(要素1〜要素n)ごとに数百〜数千のサンプリングを行う(ステップS201)。すなわち、モデル形状や要素分割は同じで、物性値分布の異なる数百〜数千のデータセットを作成する。図13(a)にサンプリング結果のデータ分布の例を示す。
Moreover, FIG. 13 is a figure which shows the outline | summary of the stability evaluation by a Monte Carlo method.
In FIG. 13, first, the dispersion of physical property values (elastic coefficient, strength, etc.) obtained by ground investigation or the like is modeled by a probability density function, and several hundreds of elements (
次に、データ1からデータnに対して、数百〜数千回の動的応答解析とすべり余力の計算を行い、統計解析により、すべり安全率Fsの平均と標準偏差を算出する(ステップS202、S203)。図13(b)にFs(すべり安全率)の時刻歴の平均μFSと、標準偏差σFsの例を示す。
Next, hundreds to thousands of dynamic response analyzes and slip margins are calculated for
このような、モンテカルロ法における計算時間と計算コストの増大の問題を解決するために、線形一次近似法を用いた確率有限要素解析法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。ここで、提案されている手法は、地盤係数を確率変数として、有限要素法に基づく地盤震動解析に一次近似法を導入し、確率有限要素解析手法を定式化するとともに、手法の適用性を検討するためにモンテカルロ法による解析結果と比較し、一次近似法の有効性を示している。 In order to solve the problem of increase in calculation time and calculation cost in the Monte Carlo method, a probabilistic finite element analysis method using a linear first-order approximation method has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). Here, the proposed method uses a ground coefficient as a random variable, introduces a first-order approximation method to ground motion analysis based on the finite element method, formulates a probabilistic finite element analysis method, and examines the applicability of the method. Therefore, the effectiveness of the first-order approximation method is shown in comparison with the analysis result by the Monte Carlo method.
なお、一次近似法とは、複数の確率変数からなる非線形な関数をテーラー展開し、2次以降の項を無視して線形化することにより近似する手法であり、材料特性及び荷重強度を確率変数として変位及び応力の期待値と分散を求める方法である。 The first-order approximation method is a method of approximating a nonlinear function consisting of a plurality of random variables by Taylor expansion and linearizing it by ignoring the second and subsequent terms. As a method for obtaining the expected value and dispersion of displacement and stress.
しかしながら、上記提案では、一次近似法による解析手法の有効性について検証することを主体とした提案であり、地震時の地盤安定性の評価(動的解析)において線形一次近似法を如何に効果的に適用するかの手法については言及されていない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、従来のモンテカルロ法で膨大な計算時間が必要となる部分に線形一次近似法を導入するとともに、地盤の安定性評価を、より少ない計算量で効果的に行うことができる、地盤震動解析システム、地盤震動解析方法、及びプログラムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. The purpose of the present invention is to introduce a linear first-order approximation method into a portion that requires enormous calculation time in the conventional Monte Carlo method and to evaluate the stability of the ground. Is to provide a ground vibration analysis system, a ground vibration analysis method, and a program that can be effectively performed with a smaller amount of calculation.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の地盤震動解析システムは、解析対象となる地盤の有限要素法モデルを生成し、地盤の安定性評価を行う地盤震動解析システムであって、地盤物性の平均値を求めると共に、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手段と、地盤物性の標準偏差値を求めると共に、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手段と、解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手段と、地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手段と、前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手段と、前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手段と、前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手段とを備えることを特徴とする。
これにより、従来のモンテカルロ法による地盤震動解析では、数百〜数千ケースについての計算が必であるところが、本発明では、平均値有限要素法モデルと標準偏差値有限要素法モデルの2ケースとなることで、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the ground vibration analysis system of the present invention generates a finite element method model of the ground to be analyzed and evaluates the stability of the ground. In addition to obtaining the average value of the ground physical properties, the average value finite element method model generating means for generating the finite element method model using the average value of the ground physical properties, the standard deviation value of the ground physical properties, and the ground physical properties A standard deviation value finite element method model generation means for generating a finite element method model using a standard deviation value, an assumed slip line setting means for setting an assumed slip line of the ground to be analyzed, and an external force applied to the ground Using the input ground motion setting means for setting the input ground motion and the finite element method model using the average value of the ground physical properties, using the input ground motion as an external force, the average value for calculating the stress during the earthquake Using a finite element method model using a standard deviation value of the ground physical property, a standard deviation value earthquake stress calculating means for calculating a stress at the time of an earthquake using the input seismic motion as an external force, and the average And an acting force calculating means for calculating an acting force on an assumed slip line by a Monte Carlo method based on the earthquake stress by the value and the earthquake stress by the standard deviation value.
As a result, in the ground vibration analysis by the conventional Monte Carlo method, it is necessary to calculate several hundred to several thousand cases, but in the present invention, there are two cases of the mean value finite element method model and the standard deviation finite element method model. As a result, calculation time and calculation cost can be greatly reduced.
また、本発明の地盤震動解析システムは、解析対象となる地盤の地盤物性、および、前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線での抵抗力を求める地盤抵抗力算出手段と、前記作用力算出手段により算出した想定すべり線での作用力と、前記地盤抵抗力算出手段により算出した想定すべり線での抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求めるすべり安全率算出手段を備えることを特徴とする。
これにより、地盤の安定性評価を行う場合に、従来のモンテカルロ法と比較して、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。また、想定すべり線におけるすべり安全率Fsを容易に求めることができる。
In addition, the ground vibration analysis system of the present invention is based on the ground physical properties of the ground to be analyzed, the earthquake stress by the average value, and the earthquake stress by the standard deviation value. Based on the ground resistance calculation means for obtaining the resistance force, the acting force on the assumed slip line calculated by the action force calculation means, and the resistance force on the assumed slip line calculated by the ground resistance force calculation means A slip safety factor calculating means for obtaining a safety factor Fs (resistance force / acting force) is provided.
Thereby, when evaluating the stability of the ground, the calculation time and the calculation cost can be greatly reduced as compared with the conventional Monte Carlo method. Further, the slip safety factor Fs on the assumed slip line can be easily obtained.
また、本発明の地盤震動解析方法は、解析対象となる地盤の有限要素法モデルを生成し、地盤の安定性評価を行う地盤震動解析方法であって、地盤物性の平均値を求めると共に、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手順と、地盤物性の標準偏差値を求めると共に、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手順と、解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手順と、地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手順と、前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手順と、前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手順と、前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手順とを含むことを特徴とする。
これにより、従来のモンテカルロ法による地盤震動解析では、数百〜数千ケースについての計算が必であるところが、本発明では、平均値有限要素法モデルと標準偏差値有限要素法モデルの2ケースとなることで、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。
The ground vibration analysis method of the present invention is a ground vibration analysis method for generating a finite element method model of the ground to be analyzed and evaluating the stability of the ground, and obtaining an average value of the ground physical properties, Generate a finite element method model using the mean value finite element method model generation procedure and the standard deviation value of the ground property, and generate the finite element method model using the standard deviation value of the ground property Standard deviation finite element method model generation procedure, assumed slip line setting procedure for setting the assumed slip line of the ground to be analyzed, input seismic motion setting procedure for setting the input seismic motion that gives external force applied to the ground, and the physical properties of the ground Using the finite element method model using the mean value of the above, using the input seismic motion as an external force, the mean value earthquake stress calculation procedure for calculating the stress at the time of the earthquake, and the standard deviation value of the ground property Using a finite element method model, based on the standard deviation value earthquake stress calculation procedure for calculating the stress at the time of the earthquake using the input seismic motion as an external force, the earthquake stress by the average value and the stress at the time of the earthquake by the standard deviation value, And an action force calculation procedure for calculating an action force on an assumed slip line by the Monte Carlo method.
As a result, in the ground vibration analysis by the conventional Monte Carlo method, it is necessary to calculate several hundred to several thousand cases, but in the present invention, there are two cases of the mean value finite element method model and the standard deviation finite element method model. As a result, calculation time and calculation cost can be greatly reduced.
また、本発明の地盤震動解析方法は、解析対象となる地盤の地盤物性、および、前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線での抵抗力を求める地盤抵抗力算出手順と、前記作用力算出手順により算出した想定すべり線での作用力と、前記地盤抵抗力算出手順により算出した想定すべり線での抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求めるすべり安全率算出手順とを含むことを特徴とする。
これにより、地盤の安定性評価を行う場合に、従来のモンテカルロ法と比較して、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。また、想定すべり線におけるすべり安全率Fsを容易に求めることができる。
Further, the ground vibration analysis method of the present invention is based on the ground physical properties of the ground to be analyzed, the earthquake stress by the average value, and the earthquake stress by the standard deviation value. Based on the ground resistance calculation procedure for determining the resistance force, the acting force on the assumed slip line calculated by the above-mentioned action force calculating procedure, and the resistance force on the assumed slip line calculated by the above-mentioned ground resistance calculating procedure. And a slip safety factor calculation procedure for obtaining a safety factor Fs (resistance force / acting force).
Thereby, when evaluating the stability of the ground, the calculation time and the calculation cost can be greatly reduced as compared with the conventional Monte Carlo method. Further, the slip safety factor Fs on the assumed slip line can be easily obtained.
また、本発明のコンピュータプログラムは、解析対象となる地盤の有限要素法モデルを生成し、地盤の安定性評価を行う地盤震動解析システム内のコンピュータに、地盤物性の平均値を求めると共に、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手順と、地盤物性の標準偏差値を求めると共に、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手順と、解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手順と、地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手順と、前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手順と、前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手順と、前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手順とを実行させるためのプログラムである。 In addition, the computer program of the present invention generates a finite element method model of the ground to be analyzed and calculates the average value of the ground physical properties to the computer in the ground vibration analysis system for evaluating the stability of the ground. The average value finite element method model generation procedure for generating a finite element method model using the average value of the ground, and the standard for generating the finite element method model using the standard deviation value of the ground physical property while obtaining the standard deviation value of the ground physical property Deviation value finite element method model generation procedure, assumed slip line setting procedure for setting the assumed slip line of the ground to be analyzed, input seismic motion setting procedure for setting the input seismic motion that gives external force applied to the ground, and the physical properties of the ground Using a finite element method model using an average value, using the input seismic motion as an external force, an average value earthquake stress calculation procedure for calculating an earthquake stress, and the ground physical properties Using a finite element method model using a standard deviation value, using the input seismic motion as an external force, a standard deviation value calculating a stress at the time of an earthquake, an earthquake stress calculation procedure based on the average value, and an earthquake stress and the standard deviation value This is a program for executing an action force calculation procedure for calculating an action force on an assumed slip line by the Monte Carlo method based on an earthquake stress.
本発明の地盤震動解析システムおよび地盤震動解析方法においては、地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定し、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを基に地震時の応力を算出し、また、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを基に地震時の応力を算出する。そして、平均値による地震時の応力と前記標準偏差値による地震時の応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する。
これにより、従来のモンテカルロ法による地盤震動解析では、数百〜数千ケースについての計算が必であるところが、本発明では、平均値有限要素法モデルと標準偏差値有限要素法モデルの2ケースとなることで、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。
In the ground vibration analysis system and ground vibration analysis method of the present invention, the input ground motion that gives the external force applied to the ground is set, the stress during the earthquake is calculated based on the finite element method model using the average value of the ground physical properties, Moreover, the stress at the time of earthquake is calculated based on the finite element method model using the standard deviation value of ground physical properties. And based on the stress at the time of the earthquake by the average value and the stress at the time of the earthquake by the standard deviation value, the acting force on the assumed slip line is calculated by the Monte Carlo method.
As a result, in the ground vibration analysis by the conventional Monte Carlo method, it is necessary to calculate several hundred to several thousand cases, but in the present invention, there are two cases of the mean value finite element method model and the standard deviation finite element method model. As a result, calculation time and calculation cost can be greatly reduced.
また、本発明の地盤震動解析システムおよび地盤震動解析方法においては、解析対象となる地盤の地盤物性から想定すべり線での地盤の抵抗力を算出し、想定すべり線での作用力と抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求める。
これにより、地盤の安定性評価を行う場合に、従来のモンテカルロ法と比較して、計算時間および計算コストを大幅に削減できる。また、想定すべり線におけるすべり安全率Fsを容易に求めることができる。
In the ground vibration analysis system and ground vibration analysis method of the present invention, the resistance force of the ground at the assumed slip line is calculated from the ground physical properties of the ground to be analyzed, and the acting force and resistance force at the assumed slip line are calculated. Based on this, the slip safety factor Fs (resistance force / action force) is obtained.
Thereby, when evaluating the stability of the ground, the calculation time and the calculation cost can be greatly reduced as compared with the conventional Monte Carlo method. Further, the slip safety factor Fs on the assumed slip line can be easily obtained.
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[本発明による安定性評価の概要の説明]
本発明においては、地盤の安定性評価について、地震動(外力)を与えて行う動的解析部分に線形一次近似法を導入することで、数千に及ぶ計算ケースが、平均値を求めるケースと標準偏差を求めるケースの合計2ケースとなることを特徴とする。
[Description of the outline of stability evaluation according to the present invention]
In the present invention, for the stability evaluation of the ground, by introducing a linear first-order approximation method into a dynamic analysis portion that is performed by applying ground motion (external force), the calculation case of several thousand cases and the standard are obtained. The total number of cases for obtaining the deviation is two cases.
図1は本発明による地盤震動解析システムにおける安定性評価手順の概要を示すフローチャートである。以下、図1を参照して、本発明による安定性評価の手順の概要について説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a stability evaluation procedure in the ground vibration analysis system according to the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 1, an outline of a stability evaluation procedure according to the present invention will be described.
最初のステップS1おいて、対象とする地盤の有限要素法モデル(FEMモデル)作成する。そして、地盤物性(材料定数)の平均値を確定値として設定する(ステップS1)。 In the first step S1, a finite element method model (FEM model) of the target ground is created. Then, an average value of ground physical properties (material constants) is set as a final value (step S1).
次にステップS2において、有限要素法モデル(FEMモデル)の動的解析を行う。
この場合、地盤物性の平均値を用いたFEMモデルモデルで動的解析を実施する(1ケース)。また、地盤物性の標準偏差値を用いたFEMモデルで動的解析を実施する(1ケース)。
Next, in step S2, dynamic analysis of the finite element method model (FEM model) is performed.
In this case, the dynamic analysis is performed with the FEM model model using the average value of the ground physical properties (one case). In addition, a dynamic analysis is performed using an FEM model using standard deviation values of ground physical properties (one case).
このように、FEMモデルの動的解析は、合計2ケース実施する。通常のモンテカルロ法では、数百〜数千ケースについて解析を行う必要があるが、本発明の地盤震動解析システムでは2ケースとなることで、大幅に計算時間を削減することができる。 In this way, the dynamic analysis of the FEM model is performed in a total of two cases. In the normal Monte Carlo method, it is necessary to analyze several hundred to several thousand cases. However, in the ground vibration analysis system of the present invention, the calculation time can be significantly reduced by using two cases.
そして、各ケースにおける地盤の地震時応力を算出する。この地震時応力は、時々刻々と変化する時間領域における関数であるが、計算時は周波数領域における関数とする。 And the stress at the time of earthquake of the ground in each case is calculated. This earthquake stress is a function in the time domain that changes from moment to moment, but in the calculation, it is a function in the frequency domain.
次に、ステップS3において、地盤の地震時応力に基づく安定性評価を行う。
この安定性評価においては、ステップS2で算出した平均値と標準偏差の地震時応力(周波数関数)に基づきモンテカルロ法により、想定すべり線の作用力(時間関数)を求める。
また、摩擦係数と直応力(拘束力)により求まる抵抗力も、対象地盤の地盤条件(地盤物性)、および、ステップS2で算出した平均値と標準偏差の地震時応力(周波数関数)に基づきモンテカルロ法を利用して得られる時間関数としての応力により、想定すべり線の抵抗力(時間関数)を求める。なお、モンテカルロ法を利用した作用力、抵抗力を求める方法の詳細については、後述する。
それから、すべり安全率Fsを「抵抗力/作用力」から算出する。このすべり安全率Fsは、時々刻々と変化する時間領域における関数であり、1.0よりも小さくなる場合、地盤は地震時に滑動する可能性がある。
Next, in step S3, stability evaluation based on the earthquake stress of the ground is performed.
In this stability evaluation, the acting force (time function) of the assumed slip line is obtained by the Monte Carlo method based on the average value calculated in step S2 and the standard deviation earthquake stress (frequency function).
In addition, the resistance obtained by the coefficient of friction and the direct stress (restraint force) is also based on the Monte Carlo method based on the ground conditions (ground properties) of the target ground and the earthquake stress (frequency function) of the average value and standard deviation calculated in step S2. The resistance force (time function) of the assumed slip line is obtained from the stress as a time function obtained by using. The details of the method for obtaining the acting force and the resistance force using the Monte Carlo method will be described later.
Then, the slip safety factor Fs is calculated from “resistance force / acting force”. This slip safety factor Fs is a function in the time domain that changes from moment to moment, and if it is less than 1.0, the ground may slide during an earthquake.
なお、すべり安全率Fsの平均及び標準偏差は、モンテカルロ法によって算出された作用力および抵抗力の集計によって導く。 Note that the average and standard deviation of the slip safety factor Fs are derived by aggregating the acting force and the resistance force calculated by the Monte Carlo method.
また、図2は、地盤物性(材料定数)の平均値と、地盤物性の標準偏差値について説明するための図である。地盤調査などにより得た物性値のばらつきは、分布関数、たとえば正規分布、対数正規分布あるいは二項分布等の確率密度関数を利用し、各要素1〜要素nについて、各要素に平均値と標準偏差を与える。これにより、応答の平均値算出用と標準偏差算出用の2つのデータセットがセットされたモデルを作成する。なお、分散のルートをとったものが標準偏差である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an average value of ground physical properties (material constants) and a standard deviation value of ground physical properties. The dispersion of physical property values obtained by ground surveys, etc. is obtained by using a distribution function, for example, a probability density function such as normal distribution, log normal distribution, or binomial distribution, and for each
[本発明における確率有限要素法の定式化及び手法]
有限要素モデルの非減衰系の運動方程式は、一般的に次式のようにマトリクス表示される。
[Formulation and method of stochastic finite element method in the present invention]
The equation of motion of the non-damped system of the finite element model is generally displayed in a matrix form as follows.
式(1)を未知変位ベクトル{uA}と既知変位ベクトル{uB}に分けて表示すると、 When Expression (1) is divided into an unknown displacement vector {u A } and a known displacement vector {u B },
となる。未知変位ベクトル{uA}は、式(2)の上段部分を次式のように変形して求められる。 It becomes. The unknown displacement vector {u A } is obtained by transforming the upper part of the equation (2) as the following equation.
モデル境界における境界条件による力{b}を式(3)に組み込むと次式となる。 When the force {b} due to the boundary condition at the model boundary is incorporated into the equation (3), the following equation is obtained.
として、振動数領域に変換すると、 As a conversion to the frequency domain,
となる。ここに、ωは角振動数である。減衰を考慮する場合には、式(5)において、複素剛性マトリクス[KAA *]および[KAB *] が用いられる。 It becomes. Here, ω is an angular frequency. When considering the damping, the complex stiffness matrices [K AA * ] and [K AB * ] are used in Equation (5).
ここで、Uにおけるi番目の節点応答Uiを確率変数Xkの平均値まわりにテーラー展開し、2次以降の項を無視して線形近似する。すなわち、 Here, the i-th node response Ui in U is Taylor-expanded around the mean value of the random variable Xk, and the second and subsequent terms are ignored and linear approximation is performed. That is,
となる。
ここで、xkは確率変数であり、その個数をmとする。式(6)から、変位uiの期待値と分散は次のように与えられる。
It becomes.
Here, x k is a random variable, and the number thereof is m. From equation (6), the expected value and variance of the displacement u i are given as follows:
ここで、uxkはxkの平均値、Cov[xk、xl] はxkとxlとの共分散である。また、変位uiとujとの共分散は次式で与えられる。 Here, the average value of u xk is x k, Cov [x k, x l] is the covariance of x k and x l. The covariance between the displacements u i and u j is given by the following equation.
また、各要素の応力に対する期待値E[σi]、分散Var[σi]および共分散Cov[σi,σj] は次のように求められる。すなわち、変位の計算と同様に応力σiを確率変数xkの破壊点まわりにテーラー展開し、2次以降の項を無視して線形近似する。すなわち、 The expected value E [σ i ], variance Var [σ i ] and covariance Cov [σ i , σ j ] with respect to the stress of each element are obtained as follows. That is, as in the displacement calculation, the stress σ i is Taylor-expanded around the fracture point of the random variable x k and the second and subsequent terms are ignored and linear approximation is performed. That is,
式(10)から応力σiの期待値、分散および応力σiとσjの共分散は次のように与えられる。 Expectation value of the stress sigma i from equation (10), the covariance of the dispersion and the stress sigma i and sigma j is given as follows.
[本発明における手法の説明]
前述した「確率有限要素法の定式化及び手法]で示した平均値および標準偏差の応力(周波数)から想定すべり線の作用力を算出する方法について説明する。
[Description of Method in the Present Invention]
A method of calculating the acting force of the assumed slip line from the mean value and the stress (frequency) of the standard deviation shown in the above-mentioned “formulation and method of the stochastic finite element method” will be described.
図3は、想定すべり線での作用力の算出方法について説明するための図であり、以下、図3を参照して、その計算手順について説明する。 FIG. 3 is a diagram for explaining a method of calculating the acting force on the assumed slip line. Hereinafter, the calculation procedure will be described with reference to FIG.
まず、平均値及び標準偏差の有限要素法モデルによる想定すべり線での応力を周波数領域で求める(ステップS11)。なお、ステップS11内の計算データ「図3(a)応力の平均値におけるフーリエスペクトル」および「図3(b)応力の標準偏差におけるフーリエスペクトル」は、想定すべり線上での各要素の応力を加算した値である。なお、「図3(b)応力の標準偏差(σ)におけるフーリエスペクトル」の算出については、+σ側、または−σ側のいずれかを用いるが、必要に応じて両方を求める場合がある。 First, the stress on the assumed slip line by the finite element method model of the average value and the standard deviation is obtained in the frequency domain (step S11). Note that the calculation data “FIG. 3 (a) Fourier spectrum at the average value of stress” and “FIG. 3 (b) Fourier spectrum at the standard deviation of stress” in step S11 add the stress of each element on the assumed slip line. It is the value. For the calculation of “Fourier spectrum in FIG. 3 (b) standard deviation (σ) of stress”, either the + σ side or the −σ side is used, but both may be obtained as necessary.
次に、ステップS11で求めた、周波数領域での平均値及び標準偏差の応力を利用して、各振動数毎にモンテカルロ法でばらつかせる(ステップS12)。これにより、複数、例えば数百から数千のモデルを準備する。この際、モンテカルロ法を利用してばらつかせた際の各振動数における振幅の分布は、その振動数における平均値および標準偏差とほぼ一致するようにばらつかせることが好ましい。以下では、モンテカルロ法を利用してばらつかせたモデル数をNとする。 Next, using the mean value in the frequency domain and the stress of the standard deviation obtained in step S11, each frequency is varied by the Monte Carlo method (step S12). Thus, a plurality of models, for example, hundreds to thousands of models are prepared. At this time, it is preferable that the distribution of amplitudes at each frequency when dispersed using the Monte Carlo method is varied so as to substantially match the average value and standard deviation at that frequency. In the following, it is assumed that N is the number of models that are dispersed using the Monte Carlo method.
そして、モンテカルロ法でばらつかせた応力のフーリエスペクトルを求めることで、図3(c)に示すフーリエスペクトルを得る(ステップS13)。 Then, by obtaining a Fourier spectrum of the stress dispersed by the Monte Carlo method, a Fourier spectrum shown in FIG. 3C is obtained (step S13).
また、モンテカルロ法でばらつかせた応力のフーリエスペクトルを、それぞれFFT(高速フーリエ変換)により時間領域での応力(図3(d))を算出する(ステップS14)。これにより、モンテカルロ法でばらつかせたN個のモデルにおけるそれぞれの時間領域での応力が得られる。
想定すべり線での作用力は、求めた応力のうちせん断力と、すべり線の長さより得ることができる。これにより、時間領域でのN個のモデルにおける作用力がそれぞれ得られる。
Further, stress in the time domain (FIG. 3 (d)) is calculated from the Fourier spectrum of the stress dispersed by the Monte Carlo method by FFT (fast Fourier transform) (step S14). Thereby, the stress in each time domain in the N models dispersed by the Monte Carlo method is obtained.
The acting force on the assumed slip line can be obtained from the shearing force of the obtained stress and the length of the slip line. Thereby, the acting forces in the N models in the time domain are obtained.
また、抵抗力は、摩擦係数と直応力により得られる。抵抗力を求める式の一例を式(1)に示す。 Further, the resistance force is obtained by a friction coefficient and a direct stress. An example of an equation for determining the resistance force is shown in Equation (1).
抵抗力R=(c+σtanΦ)×L (1) Resistance R = (c + σtanΦ) × L (1)
ここで、
c:粘着力
Φ:内部摩擦角
σ:直応力(拘束圧)
L:すべり線の長さ
であり、式(1)においては、粘着力cおよび内部摩擦係数Φが摩擦係数として扱われる。
here,
c: Adhesive strength Φ: Internal friction angle σ: Direct stress (restraint pressure)
L: The length of the slip line. In the formula (1), the adhesive force c and the internal friction coefficient Φ are treated as the friction coefficient.
この抵抗力Rを求める際も、摩擦係数をモンテカルロ法によりばらつかせ、N個のモデルの摩擦係数を準備し、このN個のモデルにおける摩擦係数と、N個のモデルにける直応力より、時間領域でのN個のモデルの抵抗力をそれぞれ得る。 When obtaining the resistance force R, the friction coefficient is varied by the Monte Carlo method, and N models of friction coefficients are prepared. From the friction coefficients of the N models and the direct stress in the N models, The resistances of the N models in the time domain are obtained respectively.
次に、想定すべり線における時間領域でのN個のモデルの作用力と、それぞれ対応するN個のモデルの抵抗力により、時間領域でのN個のモデルにおけるすべり安全率Fs「抵抗力/作用力」をそれぞれ求める。この時間領域でのN個のすべり安全率Fsの時刻履歴の分布より、すべり安全率Fsの平均値の時刻履歴と、すべり安全率Fsの標準偏差の時刻履歴を得る。 Next, the slip safety factor Fs “resistance force / action in the N models in the time domain is determined by the acting forces of the N models in the time domain on the assumed slip line and the resistance forces of the corresponding N models in the time domain. Sought “force” respectively. From the time history distribution of the N slip safety factors Fs in this time domain, the time history of the average value of the slip safety factor Fs and the time history of the standard deviation of the slip safety factor Fs are obtained.
[数値計算例]
次に、本発明の地盤震動解析システムで使用する手法と、従来のモンテカルロ法との計算結果の比較行う。すなわち、本発明による一次近似法を用いる計算手法と、従来の確率有限要素法で代表的なモンテカルロ法の解析結果比較を実施し、本発明の解析手法の妥当性を検証する。
[Numeric calculation example]
Next, the method used in the ground vibration analysis system of the present invention is compared with the calculation result of the conventional Monte Carlo method. That is, a comparison between the calculation method using the first-order approximation method according to the present invention and the analysis result of a typical Monte Carlo method using the conventional stochastic finite element method is performed to verify the validity of the analysis method according to the present invention.
解析モデル条件として、図4に解析モデル(2次元FEMモデル)を示す。また、図5に、解析モデルの地盤物性区分を示す。この解析対象は、盛土地盤であり、図6に、解析モデルの地盤物性諸元を示す。図6に示すような地盤物性諸元が、地盤物性として利用され、図1のステップS2で示す2つのケースのモデルを作成す際に用いられる。また、図4には示されていないが、さらに地盤物性として摩擦係数が各地盤区分に対し与えられる。図5における物性番号で示される領域と、図6の物性番号の地盤特性諸元とが対応する。なお、ここで示す解析例は、線形解析とする。
As an analysis model condition, an analysis model (two-dimensional FEM model) is shown in FIG. FIG. 5 shows the ground physical property classification of the analysis model. The object of analysis is embankment, and FIG. 6 shows the ground physical properties of the analysis model. The ground physical properties shown in FIG. 6 are used as the ground physical properties, and are used when creating models of the two cases shown in step S2 of FIG. Further, although not shown in FIG. 4, the friction coefficient is found given to each ground segment as further ground properties. The area indicated by the physical property number in FIG. 5 corresponds to the ground characteristic specifications of the physical property number in FIG. The analysis example shown here is a linear analysis.
また、図7は入力地震動の例を示す図であり、図7(a)は、加速度時刻歴を示し、図7(b)は、加速度応答スペクトル(h=0.05)を示している。なお、縦軸の単位は、「ガル(Gal):地震による揺れの強さを地動の加速度で表すときの単位で、cm/s2」である。また、図8は、解析で対象とする想定すべり線の例を示している。 FIG. 7 is a diagram showing an example of input seismic motion, FIG. 7 (a) shows an acceleration time history, and FIG. 7 (b) shows an acceleration response spectrum (h = 0.05). The unit of the vertical axis is “Gal: cm / s 2, which is a unit when the strength of shaking caused by an earthquake is expressed by the acceleration of ground motion”. FIG. 8 shows an example of an assumed slip line to be analyzed.
図9は、すべり安全率における平均値の時刻歴の計算結果の比較例を示す図であり、想定すべり線のすべり安全率Fs(Fs=抵抗力/作用力)における平均値時刻歴の比較例を示している。図9(a)は、従来のモンテカルロ法による計算結果を示し、図9(b)が本発明の解析方法による計算結果を示している。これより、両結果の類似性が認められ、本発明の解析手法による結果は精度良くモンテカルロ法の解析結果を表現していることが解る。 FIG. 9 is a diagram showing a comparative example of the calculation result of the average time history in the slip safety factor, and a comparative example of the average time history in the slip safety factor Fs (Fs = resistance force / acting force) of the assumed slip line. Is shown. FIG. 9A shows a calculation result by the conventional Monte Carlo method, and FIG. 9B shows a calculation result by the analysis method of the present invention. Thus, the similarity between the two results is recognized, and it can be seen that the result of the analysis method of the present invention accurately represents the analysis result of the Monte Carlo method.
また、図10は、すべり安全率における標準偏差の時刻歴の計算結果の比較例を示す図であり、想定すべり線のすべり安全率Fs(Fs=抵抗力/作用力)における標準偏差時刻歴の比較を示している。図10(a)は、従来のモンテカルロ法による計算結果を示し、図10(b)が本発明の解析方法による計算結果を示している。これより、両結果の類似性が認められ、本発明の解析手法による結果は精度良くモンテカルロ法の解析結果を表現していることが解る。 FIG. 10 is a diagram showing a comparative example of the calculation result of the standard deviation time history in the slip safety factor, and the standard deviation time history of the slip safety factor Fs (Fs = resistance force / acting force) of the assumed slip line. A comparison is shown. FIG. 10A shows the calculation result by the conventional Monte Carlo method, and FIG. 10B shows the calculation result by the analysis method of the present invention. Thus, the similarity between the two results is recognized, and it can be seen that the result of the analysis method of the present invention accurately represents the analysis result of the Monte Carlo method.
以上、説明したように、本発明の地盤震動解析システムと従来のモンテカルロ法の結果比較を行い、得られた知見を以下に要約する。 As described above, the ground vibration analysis system of the present invention is compared with the results of the conventional Monte Carlo method, and the obtained knowledge is summarized below.
第1に、本発明による解析手法と、確率有限要素法で代表的なモンテカルロ法の解析結果に着目すると、両結果の差異はあまり見られないことから、本発明による解析手法の妥当性が認められる。 First, focusing on the analysis method of the present invention and the analysis result of the Monte Carlo method, which is representative of the stochastic finite element method, there is not much difference between the two results, so the validity of the analysis method of the present invention is recognized. It is done.
第2に、本発明による解析手法とモンテカルロ法で実施した際のケース数を比較すると、本発明による解析手法は2ケース、モンテカルロ法は100ケースであった。また、特定の演算システムにおける計算日数では、本発明による解析手法が1日、モンテカルロ法が10日であった。したがって、本発明による解析手法の経済効果が認められる。 Secondly, comparing the analysis method according to the present invention and the number of cases when the Monte Carlo method was used, the analysis method according to the present invention was 2 cases and the Monte Carlo method was 100 cases. Moreover, in the calculation days in a specific computing system, the analysis method according to the present invention was 1 day, and the Monte Carlo method was 10 days. Therefore, the economic effect of the analysis method according to the present invention is recognized.
また、図11は、本発明による地盤震動解析システムの構成例を示す図であり、本発明に直接関係する部分について示したものである。 Moreover, FIG. 11 is a figure which shows the structural example of the ground vibration analysis system by this invention, and has shown about the part directly related to this invention.
地盤震動解析システム101は、サーバ全体を制御する制御部102、通信ネットワーク100と地盤震動解析システム101を接続する通信用インタフェース103、処理プログラム部110、および地盤解析に必要なデータを記録するデータベース130を有している。
The ground
また、処理プログラム部110には、以下の処理部が含まれている。
The
平均値有限要素法モデル生成処理部(平均値有限要素法モデル生成手段)111は、地盤物性の平均値を求めると共に、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する。 An average value finite element method model generation processing unit (average value finite element method model generation means) 111 calculates an average value of ground physical properties and generates a finite element method model using the average value of ground physical properties.
標準偏差値有限要素法モデル生成処理部(標準偏差値有限要素法モデル生成手段)112は、地盤物性の標準偏差値を求めると共に、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する。 A standard deviation value finite element method model generation processing unit (standard deviation value finite element method model generation means) 112 obtains a standard deviation value of ground physical properties and generates a finite element method model using the standard deviation values of ground physical properties. .
想定すべり線設定処理部(想定すべり線設定手段)113は、解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する。 An assumed slip line setting processing unit (assumed slip line setting means) 113 sets an assumed slip line of the ground to be analyzed.
入力地震動設定処理部(入力地震動設定手段)114は、地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する。 The input seismic motion setting processing unit (input seismic motion setting means) 114 sets an input seismic motion that gives an external force applied to the ground.
平均値地震時応力算出処理部(平均値地震時応力算出手段)115は、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、入力地震動を外力として、想定すべり線における地震時の応力を算出する。 The average value earthquake stress calculation processing unit (mean value earthquake stress calculation means) 115 uses the finite element method model using the average value of the ground physical properties and the input earthquake motion as an external force to calculate the stress at the time of the earthquake on the assumed slip line. calculate.
標準偏差値地震時応力算出処理部(標準偏差値地震時応力算出手段)116は、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、入力地震動を外力として、想定すべり線における地震時の応力を算出する。 The standard deviation value earthquake stress calculation processing unit (standard deviation value earthquake stress calculation means) 116 uses a finite element method model using the standard deviation value of ground physical properties, and the input seismic motion is an external force and an earthquake on the assumed slip line. The stress is calculated.
作用力算出処理部(作用力算出手段)117は、平均値による地震時応力および標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する。 The action force calculation processing unit (action force calculation means) 117 calculates the action force on the assumed slip line by the Monte Carlo method based on the earthquake stress by the average value and the earthquake stress by the standard deviation value.
地盤抵抗力算出処理部(地盤抵抗力算出手段)118は、平均値による地震時応力および標準偏差値による地震時応力を基にモンテカルロ法により求めた時間領域での応力、および、解析対象となる地盤の地盤物性から想定すべり線での抵抗力を求める。 The ground resistance calculation processing unit (ground resistance calculation means) 118 is subjected to the stress in the time domain obtained by the Monte Carlo method based on the earthquake stress by the average value and the earthquake stress by the standard deviation value, and the analysis target. Find the resistance at the slip line based on the physical properties of the ground.
安全率算出処理部(安全率算出手段)119は、作用力算出処理部117により算出した想定すべり線での作用力と、地盤抵抗力算出処理部118により算出した想定すべり線での抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求める。
The safety factor calculation processing unit (safety factor calculation means) 119 calculates the action force on the assumed slip line calculated by the action force
なお、データベース130には、地盤の物性データや、生成した有限要素法モデルのデータや、計算結果のデータなどが含まれる。
The
なお、処理プログラム部110は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、またこの処理プログラム部はメモリおよびCPU(中央処理装置)等の汎用の情報処理装置により構成され、この処理部の機能を実現するためのプログラム(図示せず)をメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。また、この地盤震動解析システムには、周辺機器として入力装置、表示装置等(いずれも表示せず)が接続されているものとする。ここで、入力装置としては、キーボード、マウス等の入力デバイスのことをいう。表示装置とは、CRT(Cathode Ray Tube)や液晶表示装置等のことをいう。
The
また、地盤震動解析システム101内の処理プログラム部110の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明に必要な処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
Further, a program for realizing the function of the
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、DVD−ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの(伝送媒体ないしは伝送波)、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a DVD-ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in the computer system. .
Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, it is intended to include those that hold a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that becomes a server or a client in that case (transmission medium or transmission wave).
The program may be for realizing a part of the functions described above, and further, a program that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, a so-called difference file (difference). Program).
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の地盤震動解析システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。たとえば、値をばらつかせるためにモンテカルロ法を用いているが、これに限定されるものではなく、与えられた値を中心に値をばらつかせる方法であればよい。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the ground vibration analysis system of the present invention is not limited to the above illustrated example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course. For example, although the Monte Carlo method is used to vary the value, the method is not limited to this, and any method that varies the value around a given value may be used.
本発明においては、地盤の安定性評価を少ない計算量で行うことができるので、本発明は地盤震動解析システム、地盤震動解析方法、及びプログラムなどに有用である。 In the present invention, since the stability evaluation of the ground can be performed with a small amount of calculation, the present invention is useful for a ground vibration analysis system, a ground vibration analysis method, a program, and the like.
10 有限要素法モデル(FEMモデル)
100 通信ネットワーク
101 地盤震動解析システム
102 制御部
103 通信用インタフェース
110 処理プログラム部
111 平均値有限要素法モデル生成処理部
112 標準偏差値有限要素法モデル生成処理部
113 想定すべり線設定処理部
114 入力地震動設定処理部
115 平均値地震時応力算出処理部
116 標準偏差値地震時応力算出処理部
117 作用力算出処理部
118 地盤抵抗力算出処理部
119 安全率算出処理部
130 データベース
10 Finite element model (FEM model)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
有限要素法モデルで必要となる物性値である単位体積重量、せん断速度、せん断弾性係数、ポアソン比、減衰定数、歪依存曲線として、地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する平均値を与えることにより、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手段と、
地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する標準偏差値を与えることにより、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手段と、
解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手段と、
地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手段と、
前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手段と、
前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手段と、
前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手段と
を備えることを特徴とする地盤震動解析システム。 A ground motion analysis system that generates a finite element method model of the ground to be analyzed and evaluates the stability of the ground,
As the unit volume weight, shear rate, shear elastic modulus, Poisson's ratio, damping constant, and strain dependence curve, which are the physical property values required for the finite element method model, the average value for the dispersion of the physical property values obtained in the ground survey by giving an average value FEM model generating means for generating a finite element method model using the mean value of the ground properties,
A standard deviation value finite element method model generating means for generating a finite element method model using the standard deviation value of the ground physical property by giving a standard deviation value with respect to the dispersion of the physical property value of the ground obtained by the ground survey ;
An assumed slip line setting means for setting an assumed slip line of the ground to be analyzed;
An input ground motion setting means for setting an input ground motion that gives an external force applied to the ground;
Using a finite element method model that uses the average value of the physical properties of the ground, using the input seismic motion as an external force, an average value earthquake stress calculating means for calculating stress during an earthquake,
Using a finite element method model using a standard deviation value of the ground physical properties, using the input seismic motion as an external force, a standard deviation value earthquake stress calculating means for calculating a stress during an earthquake,
A ground motion analysis system comprising: an action force calculating means for calculating an action force on an assumed slip line by a Monte Carlo method based on the earthquake stress by the average value and the earthquake stress by the standard deviation value.
前記作用力算出手段により算出した想定すべり線での作用力と、前記地盤抵抗力算出手段により算出した想定すべり線での抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求めるすべり安全率算出手段を
備えることを特徴とする請求項1に記載の地盤震動解析システム。 Ground resistance calculation means for determining the resistance force on the assumed slip line by the Monte Carlo method based on the ground physical properties of the ground to be analyzed, and the stress at the time of earthquake by the average value and the stress at the time of earthquake by the standard deviation value; ,
A slip safety factor Fs (resistance force / action force) is obtained based on the action force at the assumed slip line calculated by the action force calculation means and the resistance force at the assumed slip line calculated by the ground resistance force calculation means. The ground motion analysis system according to claim 1, further comprising a slip safety factor calculation means.
有限要素法モデルで必要となる物性値である単位体積重量、せん断速度、せん断弾性係数、ポアソン比、減衰定数、歪依存曲線として、地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する平均値を与えることにより、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手順と、
地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する標準偏差値を与えることにより、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手順と、
解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手順と、
地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手順と、
前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手順と、
前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手順と、
前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手順と
を含むことを特徴とする地盤震動解析方法。 A ground motion analysis method that generates a finite element model of the ground to be analyzed and evaluates the stability of the ground,
As the unit volume weight, shear rate, shear elastic modulus, Poisson's ratio, damping constant, and strain dependence curve, which are the physical property values required for the finite element method model, the average value for the dispersion of the physical property values obtained in the ground survey by giving an average value FEM model generation step of generating a finite element method model using the mean value of the ground properties,
A standard deviation value finite element method model generation procedure for generating a finite element method model using the standard deviation value of the ground physical property by giving a standard deviation value for the variation of the physical property value of the ground obtained in the ground survey ,
An assumed slip line setting procedure for setting an assumed slip line of the ground to be analyzed;
Input seismic motion setting procedure for setting input seismic motion that gives external force applied to the ground,
Using a finite element method model using the average value of the physical properties of the ground, using the input seismic motion as an external force, an average value earthquake stress calculation procedure for calculating stress during an earthquake,
Using the finite element method model using the standard deviation value of the ground physical properties, the standard deviation value earthquake stress calculation procedure for calculating the stress at the time of the earthquake using the input seismic motion as an external force,
A ground motion analysis method comprising: an action force calculation procedure for calculating an action force on an assumed slip line by a Monte Carlo method based on the stress at the time of earthquake by the average value and the stress at the time of earthquake by the standard deviation value.
前記作用力算出手順により算出した想定すべり線での作用力と、前記地盤抵抗力算出手順により算出した想定すべり線での抵抗力を基に、すべり安全率Fs(抵抗力/作用力)を求めるすべり安全率算出手順と
を含むことを特徴とする請求項3に記載の地盤震動解析方法。 Based on the ground physical properties of the ground to be analyzed and the earthquake stress by the mean value and the earthquake stress by the standard deviation value, the ground resistance force calculation procedure for obtaining the resistance force at the assumed slip line by the Monte Carlo method, and ,
A slip safety factor Fs (resistance force / action force) is obtained based on the action force on the assumed slip line calculated by the action force calculation procedure and the resistance force on the assumed slip line calculated by the ground resistance force calculation procedure. The ground motion analysis method according to claim 3, further comprising: a slip safety factor calculation procedure.
有限要素法モデルで必要となる物性値である単位体積重量、せん断速度、せん断弾性係数、ポアソン比、減衰定数、歪依存曲線として、地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する平均値を与えることにより、地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを生成する平均値有限要素法モデル生成手順と、
地盤調査で得た地盤の前記物性値のばらつきに対する標準偏差値を与えることにより、地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを生成する標準偏差値有限要素法モデル生成手順と、
解析対象となる地盤の想定すべり線を設定する想定すべり線設定手順と、
地盤にかかる外力を与える入力地震動を設定する入力地震動設定手順と、
前記地盤物性の平均値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する平均値地震時応力算出手順と、
前記地盤物性の標準偏差値を用いた有限要素法モデルを用い、前記入力地震動を外力として、地震時の応力を算出する標準偏差値地震時応力算出手順と、
前記平均値による地震時応力と前記標準偏差値による地震時応力を基に、モンテカルロ法により、想定すべり線における作用力を算出する作用力算出手順と
を実行させるためのプログラム。 Generate a finite element method model of the ground to be analyzed, and computer in the ground vibration analysis system to evaluate the stability of the ground,
As the unit volume weight, shear rate, shear elastic modulus, Poisson's ratio, damping constant, and strain dependence curve, which are the physical property values required for the finite element method model, the average value for the dispersion of the physical property values obtained in the ground survey by giving an average value FEM model generation step of generating a finite element method model using the mean value of the ground properties,
A standard deviation value finite element method model generation procedure for generating a finite element method model using the standard deviation value of the ground physical property by giving a standard deviation value for the variation of the physical property value of the ground obtained in the ground survey ,
An assumed slip line setting procedure for setting an assumed slip line of the ground to be analyzed;
Input seismic motion setting procedure for setting input seismic motion that gives external force applied to the ground,
Using a finite element method model using the average value of the physical properties of the ground, using the input seismic motion as an external force, an average value earthquake stress calculation procedure for calculating stress during an earthquake,
Using the finite element method model using the standard deviation value of the ground physical properties, with the input seismic motion as an external force, a standard deviation value earthquake stress calculation procedure for calculating a stress during an earthquake,
A program for executing an action force calculation procedure for calculating an action force on an assumed slip line by a Monte Carlo method based on the earthquake stress by the average value and the earthquake stress by the standard deviation value.
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