深井巷道围岩应力场、应变场和温度场耦合作用研究

建立了耦合条件下岩体的应力-应变关系,推导出不同变温范围条件下巷道围岩的应力和应变.实例计算表明巷道围岩在耦合情况下比非耦合情况下的切向应力、周边位移、破碎区和塑性区半径都有较大的增加,并提出了提高耦合条件下改善巷道围岩体稳定性的措施.     

深井巷道围岩应力场、应变场和温度场耦合作用研究

建立了耦合条件下岩体的应力-应变关系,推导出不同变温范围条件下巷道围岩的应力和应变.实例计算表明:巷道围岩在耦合情况下比非耦合情况下的切向应力、周边位移、破碎区和塑性区半径都有较大的增加,并提出了提高耦合条件下改善巷道围岩体稳定性的措施.     

巷道围岩蝶形破坏理论的适用性分析

蝶形破坏理论为定量研究地下围岩力学行为及解决地下工程灾害提供新的思路和方法.针对业内专家学者对蝶形破坏理论重点关心的问题展开研究,通过理论分析与数值模拟分析了理论计算的可靠性,以及蝶形破坏理论在不同巷道断面形状、层状围岩条件下的适用性.结果表明:1)理论计算与数值模拟得到的塑性区的形态与发展规律完全一致,仅在塑性区范围计算精度上有所差别,理论公式在研究巷道围岩力学行为规律方面具有可靠性;2)不同巷道断面形状围岩的蝶形破坏具有相似性,理论计算得到的蝶形破坏规律在非圆形断面条件下仍然适用;3)在层状围岩条件下岩层之间性质的差异导致巷道围岩蝶形破坏表现出选择性,但蝶形显现部位仍然符合蝶形破坏的数学界定,因此蝶形破坏理论在层状围岩条件下仍然适用.     

深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚注支护技术研究

针对平顶山天安煤业股份有限公司一矿深井软岩回风上山巷道工程地质条件和围岩变形特征,采用数值计算方法,研究了底板卸压槽卸压前后巷道围岩应力场、塑性区的变化规律,分析了底板卸压槽卸压机理,提出了钢丝绳网锚注支护技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:(1)巷道底板开掘卸压槽卸压后,底板围岩垂直应力和水平应力的高应力区及其峰值应力均向底板深部转移。卸压后底板同一深度的围岩应力均小于卸压前的围岩应力;卸压后巷道顶底板和两帮围岩的塑性区范围均增大,底板卸压效果明显。(2)深井巷道围岩的破碎区和部分塑性区是支护的重点。回风上山巷道采取开挖底板卸压槽、钢丝绳网锚杆支护和围岩注浆加固等支护措施后,在围岩中形成了锚注体支护圈,提高了围岩的强度和自身承载能力。巷道围岩经历加速变形阶段、减速变形阶段和稳定变形阶段后,一直处于稳定变形状态。卸压槽+钢丝绳网锚注支护在回风上山巷道的支护试验取得成功,可为深井软岩巷道支护提供参考依据。     

地下水工隧洞围岩及钢筋混凝土岔管结构数值分析

随着高山峡谷地区大型水电工程的兴建,深埋地下水工隧洞的围岩稳定和内外水压力作用下衬砌应力变形等成为重点关注问题。从围岩开挖支护、围岩衬砌相互作用和钢筋混凝土有限元模拟等方面建立钢筋混凝土岔管段数值分析模型,以蒲石河抽水蓄能电站尾水岔管为例,分析了围岩的应力、变形问题以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题。围岩分析计算结果表明：在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深,同时主洞靠近岔洞侧和尾水支洞的两侧岩体塑性区也有较大的开展。岔管结构分析计算结果表明：正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小。     

不同推进方向对近距离巷道围岩的影响

为了研究工作面沿倾向和走向推进对其下方巷道围岩稳定性的影响，利用数值模拟软件 FLAC3D 分析在不同推进方向下交叉巷道的应力、位移以及塑性区的分布规律。结果表明：推进相同距离时，倾向方向推进对下部巷道围岩应力场及塑性区变化的影响比走向方向的小，但位移变化无显著的规律性。其中，倾向比走向的垂直应力和水平应力最大分别减小了 6％和 26％。随着推进距离的增加，巷道的应力、走向方向位移、塑性区均增大，而倾向方向位移几乎不变。此工程环境下，巷道交叉部位以及煤层和巷道中间部位应力、位移和塑性区变化较大，正式开采时需要对该位置重点支护。     

基于离散元的层状岩体隧道围岩稳定分析

为了研究隧道在层状岩体地质状况下,不同层厚的砂岩、泥岩以及岩层倾角与隧道围岩稳定性之间的关系,依托一实际工程案例,利用3DEC离散元软件对于不同的砂岩层厚、泥岩层厚和岩层倾角进行了数值计算。在同种影响因素作用下,对不同层状厚度或倾角条件下隧道围岩的竖向变形进行对比分析。结果表明,砂岩层厚、泥岩层厚以及岩层倾角这3个因素都会对隧道围岩的稳定性造成较大影响。随着砂岩厚度的增加,隧道围岩的稳定性会逐渐增大;随着泥岩厚度的增加,隧道围岩的稳定性会逐渐降低;岩层倾角从0°到90°逐渐增大的过程中,围岩的稳定性先增大后减小。当岩层倾角为45°时围岩的稳定性最高,岩层倾角为90°时围岩稳定性最差。     

倾斜软岩平巷位置优化的数值模拟研究

结合工程实际,运用功能强大的FLAC3D等数值模拟软件,对不同层位倾斜岩层中巷道不支护允许大变形状态下进行数值模拟计算,研究巷道处于不同层位时巷道围岩位移、应力和塑性区的变化规律,研究表明,对于倾斜软岩平巷,其层位选择相当重要,当存在一定厚度的稳定岩层时,沿稳定岩层顶板掘进对巷道变形、应力集中及巷道塑性区分布等均较为有利,对控制巷道变形量、降低巷道支护成本、提高巷道掘进速度也有着重要影响,同时也减少了巷道使用期间的返修、保证了巷道的安全使用.     

高地应力下地下洞室群开挖过程的数值模拟

采用适用于高地应力下硬岩的弹-脆-塑性本构模型,对某水电站地下洞室群的开挖过程进行了数值模拟,得到了高地应力下地下洞室群开挖过程中位移场、应力场和塑性区的演化过程。比较发现,数值模拟结果和实测位移及松动圈较为一致,表明数值计算的方法和结果正确可信,为高地应力条件下硬岩地下工程的计算、设计、优化和围岩稳定性分析提供了科学依据。     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.     

异构多处理平台并行实时编码算法研究

针对以CPU为处理平台的H.265/HEVC串并行编码效率较低的问题,设计了一种基于异构多核CPU+GPU处理平台的并行实时编码算法。按照CPU和GPU互不相同的硬件特性分配任务,降低了时间复杂度,同时使CPU和GPU的协作能力获得了提升,计算资源得到了更加合理的利用。视频编码并行化设计提高了编码效率,高清视频的编码速度最高可达26.31帧/s,实现了高清视频的实时编码。     

基于向量融合的GPU算法

传统的光线投射算法能够得到清晰的体绘制图像，但由于其运行量巨大，导致速度慢，性能低。J．Krue ger等人提出了基于GPU的光线投射算法大幅度地提高了绘制性能，但在图像融合阶段仍未能充分利用GPU的向量运算的优势。为此，本文将图像融合阶段部分标量运算转换为向量和矩阵运算，绘制性能得到了进一步提升。     

基于GPU并行加速的探地雷达伪谱法三维正演模拟

随着探地雷达问题复杂度的加大以及对解释精度要求的提高,探地雷达三维正演模拟越来越重要,对高性能计算的需求也越来越大.常规三维正演模拟主要采用时域有限差分法开展,并且随着计算机技术的发展,GPU加速已经成为一种三维正演主流加速方法.但是GPU本身的显存相比CPU能利用的内存而言非常有限,要充分利用其加速性能,就需要尽量压...     

基于GPU加速的雷暴追踪外推方法研究

基于气象雷达的雷暴识别与追踪是临近预报中重要的方法之一. 为解决传统算法实时性差的问题,运用OpenCL构建异构计算模型对算法进行并行化改进. 通过对算法分支结构优化、OpenCL设备内存优化,以及针对VLIW的优化,分步阐述算法优化的过程和原理. 这些方法不仅使得基于光流的计算速度大幅提升,还可为其他基于OpenCL异构计算的优化提供参考. 以AMD两代不同架构的GPU和Intel XEON CPU作为测试平台测试,结果表明,改进后的算法程序在硬件同等功耗的情况下,计算速度提高了10至18倍.     

基于异构模式的高光谱数据加速处理方法研究

随着遥感卫星更高时空分辨率的大气探测需求,大气遥感高光谱数据量骤增,传统高光谱数据的处理效率较低,无法满足高性能处理高光谱数据的需求.首先介绍了国内外研究者利用图形处理器(GPU)加速处理遥感高光谱数据的应用实例,然后对基于CPU?GPU异构模式的大气遥感高光谱数据傅里叶分析的并行化计算进行了研究,并进行算法实现,最后...     

基于指导语句的CUDA程序性能分析工具研究与实现

近年来,GPU的快速发展与NVIDIA公司推出的CUDA技术,推动着GPU在高性能计算领域中的应用。研究并实现CUDA程序性能分析工具,对充分利用GPU的计算优势和提高CUDA架构下并行程序的执行性能具有重要的意义。该文分析了GPU硬件平台的特点和CUDA并行编程模型,结合CPU集群环境下并行程序的性能分析,设计并实现了一种基于指导语句的CUDA程序性能分析工具,并实验验证了其在不同GPU硬件平台上的有效性。     

基于GPU的并行遗传算法在时频差估计中的应用

互模糊函数可以估计时频差参数,但在弱信号条件下,需要大量采样点才能获得较好的估计结果,面临巨大的计算压力,现有算法大都基于遍历思想进行时频二维搜索,实时性较差。针对此问题,提出基于GPU加速的并行遗传算法进行时频差快速估计,该算法针对互模糊函数的特点,结合GPU设计高速并行的遗传进化架构,通过对适应度函数的并行化计算,选择、交叉、变异的并行化操作,提升算法的执行效率。实验表明,文章设计的GPU加速算法能够带来较大的速度提升,可以快速得到时频差估计结果.     

CUDA架构下的快速Wallis影像增强算法

针对图像增强通常需要较大的计算量、用传统方法难于进行实时处理的问题,提出了一种基于图形处理器加速的Wallis变换影像增强方法.借助于图形处理器较强的运算能力,利用CUDA并行计算架构在PC机上实现了快速Wallis图像滤波算法,包括图形处理器（GPU）上任务分解、大规模计算核心的分解方法,结合使用共享存储器、全局存储器对算法进行加速,使用线程块内的共享存储器较好地解决了同一计算子空间的各线程同步问题.对比了CPU和GPU计算Wallis影像变换的时间,结果表明,随着图像分辨率的增大,Wallis并行算法可以把计算速度提高40倍.该方法具有较好的实时性,可大大提高图像增强过程的处理速度,显著地减少了计算时间.     

卫星轨道递推的GPU集成式并行加速方法

为克服传统卫星轨道模型预报方法的速度瓶颈,为实现卫星在轨自主规划变轨奠定基础,利用图形处理器(GPU)并行计算方法对多卫星轨道解算进行加速,构建了轨道预报并行计算模块,成功实现了卫星轨道预报的大幅加速.为提高低计算量时解算速度,提出了集成式GPU加速方法,将简化常规摄动模型(SGP4)解算模型整体代入核函数,计算机内存仅需与GPU进行一次调用及数据交互,大大缩短调用核函数时间,较模块化GPU加速方法在中低规模计算量时速度有明显提高.本研究于两种设备上基于统一计算设备架构(CUDA)实现了集成式加速方法并进行了加速试验,在小型嵌入式开发板NIVIDA TX2设备上可实现在5 s内进行500颗星一天时间86 400步的轨道预报,笔记本设备上GPU加速比也可达到中央处理器(CPU)的4.6倍,且加速后精度损失极低.实验结果表明:集成式加速方法适用于中低规模星数(总步数小于400万步)的并行解算任务,模块化加速方法适用于大规模星数(总步数大于400万步)的并行解算任务.     

Heterogeneous parallel computing accelerated iterative subpixel digital image correlation

Parallel computing techniques have been introduced into digital image correlation(DIC) in recent years and leads to a surge in computation speed. The graphics processing unit(GPU)-based parallel computing demonstrated a surprising effect on accelerating the iterative subpixel DIC, compared with CPU-based parallel computing. In this paper, the performances of the two kinds of parallel computing techniques are compared for the previously proposed path-independent DIC method, in which the initial guess for the inverse compositional Gauss-Newton(IC-GN) algorithm at each point of interest(POI) is estimated through the fast Fourier transform-based cross-correlation(FFT-CC) algorithm. Based on the performance evaluation, a heterogeneous parallel computing(HPC) model is proposed with hybrid mode of parallelisms in order to combine the computing power of GPU and multicore CPU. A scheme of trial computation test is developed to optimize the configuration of the HPC model on a specific computer. The proposed HPC model shows excellent performance on a middle-end desktop computer for real-time subpixel DIC with high resolution of more than 10000 POIs per frame.