第四章 試驗結果分析
4.5 以 FLAC 程式模擬模型試驗並比較其結果
4.5.1 FLAC 程式原理介紹
本研究所採用之數值分析軟體為 FLAC 外顯有限差分法程式，為 ITASCA 公司於 1992 年發展出來有限差分法分析程式 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)，為二向度平面應變分析程式。FLAC 程式與有限元素分析方法差別之處為 FLAC 基於連體力學(Continuum
Mechanics) 理 論 ， 以 外 顯 性 有 限 差 分 法 (Explicit Finite Difference Method)執行數值分析的程式與有限元素分析方法之內隱性分析不 同。由於 FLAC 程式在運算過程中，是以時階的型態(Time-Stepping Fashion)來求解每一節點的運動方程式，如此可看到整個系統的行為
FLAC 以動態鬆弛(Dynamic Relaxation)法來求解在每一時階中，
利用系統原來的不平衡狀態決定每一節點的不平衡力，然後來求解運
4.5.2 FLAC 程式相關參數
1、模型尺寸與網格
本模型尺寸為長 50cm 高 30cm 之模型，其開挖寬度為 20cm，開 挖深度 10 cm，採對稱分析。在網格繪製上，於水平方向邊界，束制 左右兩邊水平方向位移；於垂直方向邊界，束制其垂直及水平位移，
網格建立如圖 4-72 所示。
2、土壤參數
由於本試驗之土樣為極軟弱黏土，試驗產生之變形極大，屬大應 變試驗，而若對本試驗使用之土樣之E s/ u值單純假設為線彈塑性，在 應變大時會有較大誤差產生。因此本研究將土樣之E s/ u值作雙線性假 設 ( 如 圖 4-73 所 示 ) ， 而 在 FLAC 分 析 時 ， 則 以 Strain Softening/Hardening 模式模擬之。在土壤之參數使用上包含了:密度 (Mass density) 、 凝 聚 力 (Cohesion) 、 內 摩 擦 角 (Internal angle of friction)、波松比(Poisson’s ration)、剪力模數(Elastic shear modulus, G)、體積彈性模數(Elastic bulk modulus, K)等等，並將其列於表 4-14。
且本試驗土層為不排水層，因此為總應力分析模式。
3、擋土結構物之性質比較
在 FLAC 分析程式中，擋土結構物之 EI 值大小為影響整個結構 物變形的主因，本研究將原型邊界尺寸縮小 100 倍，土壤不排水剪力 強度也縮小 100 倍，因此本試驗使用 1mm 鋼片模擬擋土壁，相當於 EI 值縮小(100)3後，厚度約 20cm，Ec=23Gpa 之地下連續壁。
4.5.3 數值分析結果與模型試驗結果比較
由於本程式為 2D 平面分析之程式，不易對本研究之柱狀及壁狀 改良模型試驗進行模擬，因此，即針對塊狀全面改良之模型試驗(表 3-1 中擋土壁無貫入硬土層之 Case1～10 及擋土壁貫入硬土層之 Case23～26)進行程式分析並與本試驗結果作一比較，並將其繪如圖 4-74～圖 4-77 所示。由圖可看出，於改良強度高時，分析結果之壁 後平均位移量略大於試驗結果，推測可能為施作模型試驗時，模型箱 器壁雖有塗油，但對於高強度之黏土，仍無法有效排除邊界效應，並 且本數值分析程式假設為平面應變且無邊界影響，因此使得試驗結果 之位移量會略小於數值分析結果；而於改良強度較低(或無改良)時，
分析結果之壁後平均位移量略小於試驗結果，推測原因可能為本試驗 使用之超軟黏土的
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E 值變異性大，無法以簡單的雙線性假設分析。
就整體來說，數值分析結果與試驗結果其位移量雖還存有些許差 異，但差異不大且符合其趨勢。因此，以某種程度而言，對於本模型 試驗結果之正確性，仍有其可肯定的價值。圖 4-78～4-93 為分析貫 入與無貫入硬土層、無改良及改良強度為 4kPa 時之 X 方向位移等高 線圖、Y 方向位移等高線圖、網格變形圖及位移向量圖。