浅基础沉降可靠性的Neumann随机有限元分析

将随机土性分布参数模拟为随机场，用矩形和任意四边形局部平均随机场单元来离散随机场，对随机场离散技术和自协方差矩阵的组集方法进行了研究，提出了多维相关正态分布随机数的计算机模拟方法，同摄动随机有限元和直接Monte-Carlo随机有限元相比，Neumann随机有限元具有较好的计算精度和计算效率，研制了Neumann随机有限元的程度，考虑荷载变异性和土性分布参数的变异性，用Neumann随机有限元法进行地基沉降和非均沉降的概率分析。     

基于响应面方法的围岩参数随机反分析

在有限元分析的基础上，应用响应面方法拟合岩体参数与岩体位移之间的非线性映射关系，以代替有限元的数值模拟，考虑变形量测的随机性，结合响应面方程、优化方法和Monte-Carlo技术，根据位移反分析的最小二乘原理，对围岩参数进行随机反分析，反演结果给出参数的特征值，为围岩稳定性和可靠度分析提供必要的数据，数值结果表明该方法具有较好的计算精度。     

大型地下洞室施工过程中的可靠性分析

通过对Monte-Carlo随机有限元和系统可靠度计算的? 分支法的研究分析,考虑把二者联合起来分析洞室施工过程安全性,提出了一种大型地下洞室开挖过程中可靠度评价的方法。以海南工程为例,对地下洞室开挖过程中的每一步进行可靠性评价,分析比较了多层耦合法与分层逆作法之间洞室施工过程中的稳定性,比较了二者的优缺点。从而对多层耦合法施工有一个全面的了解和比较,为今后的大型洞室快速施工提供科学依据。     

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。     

约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。     

基于GPU并行的谱元法地震波数值模拟

谱元法是有限元法的一个重要分支,具有对模型适应能力强、计算精度较高和易于实现等优点.有别于有限元的近似计算,谱元法的质量矩阵采用数值积分得到的对角阵,既简化了计算,又可避免计算精度的下降.以用于通用计算领域的GPU为例,介绍了在CUDA编程平台下实现谱元法地震波数值模拟并行化的方法.在实例应用中为避免浮点数据的原子操作,提高计算效率,模型被采样为串行执行的四个并行单元集合体.     

基于OpenMP大地电磁二维正演的并行计算

本文采用有限元方法,在Win7操作系统下,基于Open MP并行编程模式实现了任意频点数的大地电磁二维正演并行化。验证并行程序的正确性后,又对一个模型进行了计算。结果表明,当开启4个线程时两者都达到了2.3-2.6倍的加速比。事实证明对于多核单机来说,Open MP是一种简单有效的并行方法,可以充分利用多核的处理能力。     

岩体结构随机模型模拟方法

本文论述利用勘探平硐资料研究岩体结构面分布规律及进行岩体结构面随机模型模拟方法。文中首先论述了描述结构面空间分布规律的五个几何参数,即产状、形态、规模、密度和张开度及其相应的概率分布型式;其次简单的介绍了 Monte-Carlo 方法在模拟结构面分布中的应用;最后结合三峡工程实例,论述了利用坝基勘探平硐编录图及现场记录估计结构面产状、迹线长度、中点密度分布参数的方法,并且给出了在参数估计基础上进行 Monte-Carlo模拟的部分结果。本文为岩体结构力学分析提供了一个定量的结构模型。     

基于粗细网格的有限元并行分析方法

并行计算己成为求解大规模岩土工程问题的一种强大趋势。探讨了粗细网格与预处理共轭梯度法结合的并行有限元算法。从多重网格刚度矩阵推得有效的预处理子。该算法在工作站机群上实现。用地基处理时土体强夯的数值模拟分析进行了数值测试,对其并行性能进行了详细分析。计算结果表明：该算法具有良好的并行加速比和效率,是一种有效的并行算法。     

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。     

地下水模型的Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法

讨论了求解地下水模型(水流模型和水质模型)的Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法。从基本的随机变量入手,避免了过程中随机变量的增多问题,给出结点水头(浓度)的均值、方差和水头在某区间的概率计算方法;改进了矩阵求逆的效率,对输入随机变量较多、随机变量变异较大的非稳定地下水问题特别有效。同时选取二维承压地下水水流问题(有解析解)作为例子,进行了随机数值模拟实验。      

并行模拟技术在苏锡常地区地下水流模型建立中的应用

在苏锡常地区建立了一般意义上的重叠型多个不规则子域FEM并行模型,然后利用区域分解法在MPI环境中实现了并行求解算法,并使用C++完成了MPI环境中的混合编程设计。通过常州无锡两地实际并、串行应用结果比较,并行模拟具有数据资料准备相对简单且精度高的特点,是解决大型化、复杂化地下水流问题的一种可行方案。     

一次逼近理论下边坡稳定的模糊随机数值分析

在协调元基础上,通过一次逼近理论,建立随机有限元模型,并通过模糊数学模型实现对边坡体工作状态的软化处理;借助于模糊随机数值方法对荆南长江干堤局部破坏失效进行了较为全面的研究。     

遗传算法在磁异常反演中的应用

遗传算法是一种约束随机优化方法。它与传统的确定性优化方法相比较,具有全局收敛,不计算目标函数偏导数等优点；与传统的随机优化方法相比较,具有搜索效率高以及隐含并行计算等优点。本文首先讨论了遗传算法的基本原理和迭加机算步骤,其次讨论了该方法在磁化强度约束反演问题中的应用效果。     

基于高性能并行计算的隧道开挖数值模拟

随着岩土工程规模的不断扩大、复杂性的增加以及计算参数的多样化和计算精度的提高, 人们对于计算机计算能力的要求越来越高, 然而单处理器无法满足这类大规模计算.从数据输入、区域分解、线性方程组的迭代求解、后处理等方面详细阐述高性能计算平台上并行有限元求解大规模岩土工程的关键问题.提出了利用MPI2的新特性进行海量数据的分段并行读入, 采用ParMetis软件并行地进行区域分解, 实现了前处理过程的完全并行化; 采用基于Jacobi预处理技术的预处理共轭梯度法(PCG)进行线性方程组的并行迭代求解; 采用Paraview软件实现了后处理的并行可视化.在深腾7000系统上对某隧道工程的三维开挖过程进行了数值模拟, 对其并行性能进行了分析和评价, 验证了采用的区域分解算法和系统方程组的求解方法的可行性, 并且具有较高的加速比和并行效率.      

连拱隧道不同施工阶段结构体系可靠度计算

针对连拱隧道的不同施工阶段,根据在围岩压力作用下隧道衬砌的内力分布情况,以串、并联体系为基础,确定了连拱隧道不同施工阶段的体系失效模式。充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用蒙特卡罗-随机有限元法对隧道衬砌截面的可靠度进行了研究,进而采用区间估计的“宽界限法”对连拱隧道不同施工阶段结构体系的可靠度进行了计算。计算结果表明,连拱隧道施工阶段单洞完成后中墙部位的体系可靠指标最小,不能满足长期使用的承载能力要求,施工中应注意中墙的安全,并尽早形成对称连拱结构。     

三维弹塑性接触有限元滑坡稳定性分析

为了准确评价碎石土滑坡的稳定性,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用三维弹塑性接触有限元算法计算碎石土滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡的稳定性。研究结果表明,采用三维弹塑性接触有限元强度折减法计算碎石土滑坡的稳定性系数,可以考虑滑坡体的空间效应,使计算结果更加精确;在碎石土滑坡变形解体破坏过程中,在空间上滑体塑性应变和滑面上岩土体抗剪强度的发挥程度是不一致的;根据三维弹塑性接触有限元算法计算的滑面接触摩擦应力计算二维剖面碎石土滑坡稳定性系数的方法比较适宜于该类型滑坡稳定性的分析评价,能够比较客观、准确地反映滑坡所处的实际状态。      

抽水试验资料的遗传算法反演水文地质参数

基于MATLAB遗传工具箱的遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的全局最优化随机搜索算法。它以其简单通用、鲁棒性强、适于并行处理及高效等显著特点,在各领域得到了广泛的应用。结合抽水试验实例采用遗传算法反演水文地质参数,并将所求参数与配线法和直接图解法所得参数进行对比分析。结果显示,遗传算法所求参数的计算降深与实测降深吻合程度高,方便快捷,不失为一种有效的水文地质参数求解方法。     

A fine-granularity scheduling algorithm for parallel XDraw viewshed analysis

Viewshed analysis is widely used in many terrain applications such as siting problem, path planning problem, and etc. But viewshed computation is very time-consuming, in particular for applications with large-scale terrain data. Parallel computing as a mainstream technique with the tremendous potential has been introduced to enhance the computation performance of viewshed analysis. This paper presents a revised parallel viewshed computation approach based on the existing serial XDraw algorithm in a distributed parallel computing environment. A layered data-dependent model for processing data dependency in the XDraw algorithm is built to explore scheduling strategy so that a fine-granularity scheduling strategy on the process-level and thread-level parallel computing model can be accepted to improve the efficiency of the viewshed computation. And a parallel computing algorithm, XDraw-L, is designed and implemented taken into account this scheduling strategy. The experimental results demonstrate a distinct improvement of computation performance of the XDraw-L algorithm in this paper compared with the coarse-partition algorithm, like XDraw-E which is presented by Song et al. (Earth Sci Inf 10(5):511–523, 2016), and XDraw-B that is the basic algorithm of serial XDraw. Our fine-granularity scheduling algorithm can greatly improve the scheduling performance of the grid cells between the layers within a triangle region.