大区域地下水模拟的预优并行GMRES(m)算法研究

大区域研究区由于涉及范围大、水文地质参数复杂多变,一直是进行地下水数值模拟的热点和难点。针对大区域地下水模拟的特点,在MPI环境中对Krylov子空间GMRES(m)算法的并行性进行分析,提出基于区域分解法的并行实现策略,并对不同的预条件子的加速效果进行比较。数值实验结果表明:并行GMRES(m)算法在求解大区域三维地下水模型时可以显著的加快求解速度,且具有较好的可扩展性。另外,Jacobi预条件子与GMRES算法的组合具有更优的加速比和执行效率,是一种求解大型化、复杂化地下水水流问题的可行方案。     

两种智能算法在求解地下水管理模型中的对比

分别将禁忌搜索和遗传算法与地下水流模型MODFLOW和地下水溶质运移模型MT3DMS相耦合,并将其应用于求解地下水资源优化管理模型。在概述两种智能算法基本原理和地下水管理模型组成的基础上,结合两个理想的应用实例,从优化结果和计算效率两个方面对禁忌搜索和遗传算法进行了对比分析。在两个实例中,禁忌搜索分别以高于遗传算法10倍和27倍的计算效率得到了减少抽水流量约160 m³/d和节约治理成本约47万元的治理方案。结果表明,禁忌搜索在求解地下水管理模型中具有较好的应用前景。     

基于RAGA的指数曲线模型预测基桩承载力

预测挤扩支盘桩单桩极限承载力指数曲线模型的函数表达式是一个超定非线性方程。采用传统的最小二乘法对该模型参数进行回归处理时,往往由于计算复杂和人为因素的影响使预测结果存在较大的误差。为此,用实数编码加速遗传算法（RAGA）,对指数曲线模型的参数和理论极限承载力进行优化,并基于MATLAB环境下编写了模型的计算程序。结合工程实例,应用指数曲线模型对挤扩支盘桩静载荷试验实测数据进行了拟合分析。结果表明,基于RAGA的指数曲线优化模型能够更好地拟合实测数据和有效地预测单桩极限承载力,且基于RAGA的指数曲线优化模型具有求解速度快、计算精度和自动化程度高、人为干扰因素小、通用性强等优点。     

遗传算法在非线性地下水经济管理模型中的应用

通常采用基于梯度的数学规划方法求解地下水管理模型,如线性规划和非线性规划。但对于高度非线性、非凸的优化问题,尤其是涉及到经济或环境的地下水管理模型,传统方法难以有效地寻找全局最优解。本文介绍了一种求解非线性地下水资源管理模型的遗传算法,并以山东羊庄盆地分布参数地下水系统非线性管理模型为例,给出了用遗传算法在求解这类问题的一般步骤。结果表明该方法能快速有效地找到全局最优解。     

考虑时效的高填石路堤工后沉降有限元及反馈分析研究

把填石体作为粘弹性介质,提出采用三参数本构模型来描述填石体的蠕变特性,在此基础上引入遗传算法与有限元分析,建立了填石体三参数本构模型参数确定的优化反演方法,结合某高填石路堤得实测工后沉降数据进行参数反演,并利用反演参数对类似断面进行工后沉降分析,结果表明,本文建立的填石路堤工后沉降计算方法能准确的预测工后沉降,参数便于求取,为寻求合理的路面铺筑时间和制定施工控制条件提供依据。     

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。     

基于遗传算法的土性参数估计

在土工问题的研究和分析中，土性参数的合理估计非常重要，根据工程中实测值反演土性参数不失为一种有效会计参数的新思路，文章采用遗传算法并结合Biot固结有限元数值法对一假设路堤的双层地基的一些主要土性参数进行反演，结果显示误差很小，收敛速度也很快，说明遗传算法这种新型的优化算法在土性参数优化估计中具有精度高、反演快的优越性，克服了传统优化方法一些缺点，因此值得在岩土工程领域参数优化中推广。     

边坡稳定性分析及治理设计软件Slide CAD的开发

以软件易用性为指导,系统阐述了Slide CAD的设计开发思路和主要功能。该软件以交互式输入为主,包括前处理,求解器,后处理3大模块。提供一系列滑面计算方法与搜索算法。同时为边坡治理提供对悬臂,锚索,“人”字型抗滑桩等优化设计计算。     

频率域航空电磁资料Occam反演研究

通过对频率域航空电磁测量常用装置类型电磁响应分析和Occam反演方法介绍,成功地将Occam思想运用到频率域航空电磁资料的反演解释工作中.Occam反演是一种正则化的反演方法,它在追求模拟数据与原始测量曲线最大拟合的同时,要求模型数据最平滑或最圆滑,因而受初始模型影响小,能够达到稳定收敛.经过对理论模型和实测数据试算表明,该方法运算稳定,收敛速度快,是一种有效的航空电磁数据处理解释方法.     

大型抽水试验最优化设计研究

抽水试验最优化设计,是指针对一个具体的地下水系统优选出一个抽水试验设计,它使抽水试验的费用最小化,而试验所获资料能满足识别参数所要求的可靠性,它可以概化为一个非线性的混合整数规划问题,其决策变量是确定抽水井和观测井的位置及井数、抽水量和观测频率等,采用搜索算法求解了这一优化问题,得到了理论最优解,并进行了实例演算。