岩土工程百万以上自由度有限元并行计算

讨论了大规模有限元并行计算需要解决的并行策略、大量数据的分布存储、方程组迭代求解和程序实现等问题。采用区域分解的“分而治之”的并行策略实现有限元并行。结合区域分解并行策略，将每个子区域的数据信息存储在相应的各个计算机上，实现存储局部化，大大减少并行计算中的通讯量，同时可以实现大规模计算。采用Schur补和共轭梯度法来实现方程组的并行求解，解决岩土有限元病态方程组的求解。采用面向对象的编程技术开发了并行有限元程序。对两个大规模算例进行了并行计算，得到了较好的结果。     

岩土工程亿级单元有限元模型可扩展并行计算

讨论了亿万单元有限元模型的可扩展并行计算方法。从软件和硬件两个方面提出了前处理、并行计算方法、程序算法、后处理实现等核心问题的解决方案。采用网格加密方法生成一亿单元的有限元模型,利用对偶原始有限元撕裂内联法（FETI-DP）求解系统方程。基于图论理论建立了子区域间的通讯拓扑关系,实现了子区域间点对点通讯,避免速度慢、通信量大的全局通讯。在自主开发程序基础上,增加相应模块,采用面向对象编程技术和MPI消息传递库开发程序。对一个一亿多单元的工程实例运用5 000核并行计算,得到了超线性加速比。计算结果在专用图形工作站上进行后处理,显示和交互操作速度良好。研究在两方面实现了突破：一是将模型规模提高到了一亿多单元;二是同时调用了5 000个计算核来并行运算,并得到了很高效率。高分辨率有限元并行模拟研究成果可为岩土工程中结构特别复杂、计算区域特别大、地质情况复杂等模拟提供很好的技术方法和实现手段。     

浅埋暗挖地铁隧道开挖过程的模拟研究

在讨论浅埋暗挖地铁隧道开挖所引起的应力和位移释放的基础上,进行了隧道开挖卸荷的有限元模拟计算,讨论了开挖方式对地层位移释放的影响。模拟结果可指导隧道的施工设计。     

数值流形方法对岩土工程开挖卸荷问题的模拟

基于数值流形方法数学覆盖与物理网格的相对独立性,考虑任一时刻体系中真实存在的各平衡力项对体系平衡的作用,提出用数值流形方法模拟岩土工程开挖卸荷的方法。相对于传统数值方法,数值流形方法在模拟开挖时不用计算开挖面上的释放荷载,不用为卸除的材料部分准备专门的单元,简单的数学网格可以适应任意的开挖过程,使其对开挖的模拟更加简便和有效,同时高阶的流形方法对开挖问题具有较高的求解精度。     

通渝隧道进口施工动态开挖过程的数值模拟研究

根据通渝公路隧道进口偏压段台阶分部法施工的特点 ,采用有限元方法对其动态开挖过程进行数值模拟分析 ,以指导隧道信息化施工实践     

二维有限元网格的自适应剖分及程序实现

有限单元法在计算岩土力学领域已得到广泛应用。在有限元的分析计算中，前处理工作即准备计算数据耗时费力。如何简化前处理工作、实现网络自动生成对于推广有限元分析至关重要。作者在综合考虑多种算法原理的基础上，对非规则几何图形、复连通域的二维模型提出了一套新的自适应剖分算法。该算法可以同时生成三角形单元和四边形单元，还能对单元形状进行规则性调整。给出了详细的实施步骤，并编写了相应的应用程序，应用程序同时提供了对单元节点进行优化排序的功能。实际应用表明，能够高效快速地给出良好的剖分网格。     

模拟深基坑开挖和支护全过程的有限元数值分析

选用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了模拟深基坑开挖和支护全过程的平面有限元数值分析模型.运用该模型并结合工程实际,对深基坑开挖过程巾边坡土体的应力场和塑性区的分布以及变形进行了分析,找出了影响深基坑变形的主要因素:支护结构的刚度、支护结构入土深度、基坑开挖深度和宽度以及土层强度参数等.     

岩溶区隧道爆破开挖的数值模拟分析

采用非线性动态有限元软件DYNA2D,对岩溶区爆破开挖对隧道围岩产生的损伤破坏情况进行了数值模拟分析。模拟结果显示,当隧道附近溶洞的位置、形状以及溶洞内介质不同时,爆破开挖会对隧道围岩产生不同的损伤。本文根据现场的实际情况,分情况对岩溶区隧道爆破开挖产生的损伤破坏进行了数值模拟分析,得出了不同情况下的隧道损伤控制重点,对现场施工具有重要的参考价值。     

岩土力学数值模拟结果应用中应注意的问题

较系统地阐述了岩土力学数值计算结果应用中应注意的一些问题，指出数值计算结果虽然是定量的，但它们对实际问题的描述是滞具有定量性意义，则取决于对原型的研究程度和模型力学参数取值的可靠性，阐述了数值模拟中可能产生的计算误差，说明岩体破坏的相对性含义，指出综合运用各种分析方法的必要性。     

OpenMP在CO2地质储存数值模拟并行计算中的应用

为减少CO2地质储存数值模拟计算时间和增强计算规模,文章提出基于OpenMP和动态内存分配的方式,重构TOUGH2-ECO2N数值模拟器。通过耗时评估可知,模拟器的主要耗时部分为状态方程计算、组建矩阵方程和方程求解。基于此,在遵循OpenMP并行化原则下,采用动态内存分配、处理跳转语句和算法内部的相关性,以及函数内部参数优化等措施,完成了多相流模拟器的并行化。计算试验结果表明,并行化模拟器算法正确、执行效率高,且具有加速效果良好的特点。针对中小规模的模型对比试验,4核的加速比可以达到2.28倍。     

基坑变形影响因素与有限元数值模拟

基坑变形影响因素是其变形控制的重要内容之一，在自制深基坑工程变形控制优化设计及其有限元数值模拟系统(SDCDEFEM)的基础上，重点对影响基坑变形的各因素进行了有限元数值模拟分析，并对实测和计算的基坑周边最大沉降、支护结构最大水平位移和坑底最大隆起及其位置进行了统计分析，得出了简明估算基坑最大变形及其位置的统计关系式，提出了经济有效的变形控制对策。     

Deformation Control of Deep Excavation Pit and Numerical Simulation with Finite Element Method

The authors firstly introduce deformation control of deep excavation pit in detail, and then put forward new conceptions such as: effective coefficient of excavation pit, effective area, ineffective area and critical line, and also put forward the referential criteria of deformation control. The System of Optimization Design with Deformation Control of Deep Excavation Pit and Numerical Simulation with Finite Element Method (SDCDEFEM) is also briefly introduced. Factors influencing deformation of excavation pit are analyzed by the system. The measured and simulated data of maximum deformations (settlement, displacement and upheaval) and their positions are analyzed and discussed. The statistic formula estimating maximum deformations and their positions was gained, and economical-effective measures of deformation control were brought forward.     

盾构法施工过程的有限元模拟

在综合考虑了现有的有限元模拟方法的基础上,对部分仿真模拟细节进行了改进,改进了水平荷载的施加方法,用"等代层"来模拟盾尾建筑空隙,用预设单元的刚度迁移来模拟盾构的推进过程。通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟,分析了盾构推进过程中地表土体的位移与变形,计算得到的隧道横断面和隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据比较接近,结果证明了模拟方法是可行的。     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。     

基坑开挖对邻近地铁隧道影响的Midas GTS三维数值模拟分析

随着城市地铁工程的高速发展,地面建筑物基坑的施工将必然会对邻近的地铁隧道造成一定的影响,运用Midas GTS三维数值模拟计算软件分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过程进行模拟分析,计算的结果与实际监测数据进行对比表明,该方法对实际工程有一定的指导意义。     

新疆富蕴断裂带枢纽运动的有限元数值模拟研究

地震发生之前,变形是如何集中在一条断裂上或一条断裂的某一段落上,能否观测到在断裂错动发生大位移前,先形成的具有启动断裂快速错动传播的区域及其向失稳发展的物理过程,是大地震研究中极其重要的问题。对断裂走滑运动和走滑型地震而言,断裂枢纽运动正是断裂带上变形局部化和地震成核孕育的条件,认识这一运动过程和机制是认识走滑断裂上地震孕育、发生机制的关键之一。本文在前人工作的基础上,在野外对富蕴断裂带的枢纽运动特征进行了补充调查,主要对富蕴断裂带不同断层段的运动学特征的转换、枢纽轴部强烈挤压的逆掩断层和挤压透镜体的存在和特点进行了专门的观察,在此基础上,通过数值模拟方法模拟了富蕴活动断裂和地表破裂带主体枢纽运动。结果表明,断裂分段运动性质转换明显,其中枢纽轴部挤压性质强烈,走滑断裂的枢纽运动与矩形截面梁的扭转相似,表现出典型的掀斜特征;研究了影响枢纽运动的因素——断层面的倾角和闭锁区的面积,随着断层面倾角的减小,枢纽运动程度加深;随着断层面闭锁区面积的增大,枢纽运动明显受阻;探讨了断层面的应力状态,发现枢纽轴部是断层两盘发生升降的支撑点,是走滑断裂的闭锁区,是枢纽型地震的发震部位,并且在闭锁区及其附近存在一个应力集中区使得应力由外向内一直处于积累状态,反映了地震的成核过程。     

偏压状态下非对称连拱隧道有限元分析

非对称连拱隧道是一种特殊隧道,具有几何不对称、结构不对称等复杂的力学特征。而非对衬连拱隧道的修筑不可避免要穿越偏压地形,偏压地形又会对隧道的受力状态产生较大的影响。采用有限元单元法对偏压地形条件下非对称连拱隧道进行数值模拟分析,根据大洞径隧洞和小洞径隧洞的左右位置不同的情况下围岩及衬砌结构受力变形特点,得出在偏压状态下非对称连拱隧道中的小隧道应设计在埋深大一侧的结论,为隧道的设计提供了一定的理论依据。 关键词：非对称隧道;偏压状态;连拱隧道;数值模拟     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

岩质高边坡稳定性有限元分析

在评价边坡稳定性方面，采用弹性本构模型的有限元法是一种值得信赖的方法，它在诸多方法中能简便的处理复杂情况下岩土体边界和地质条件。本文介绍了有限元法边坡稳定性分析基本原理，并结合具体针对玉环高边坡区域构造特征和边坡的工程地质特征，应用有限元法建立了有限元模型及选取参数，进行了稳定性分析，得出了位移圉、应力图、安全系数图，定量的揭示和模拟边坡破坏、变形的过程和机制，并对边坡加固进行了可行的论证和建议。