数值流形法覆盖系统并行生成算法研究

计算效率低是当前制约数值流形法应用于大型实际工程模拟的瓶颈问题,并行计算作为一种加速计算技术,能有效地提高数值流形法的计算效率。在串行算法基础上,系统研究了基于分布式内存编程模式的数值流形法覆盖系统和流形单元并行生成算法。首先,在分析并行算法与串行算法不同点和难点的基础上,采用区域分解算法实现并行任务分配,并提出覆盖系统并行生成主要步骤。采用临时规则粗网格形成负载均衡的子区域,提出相应子区域生成算法。其次,在深入分析数值流形法数学覆盖、物理覆盖和流形单元之间关系基础上,探讨并行算法中子区域覆盖系统生成的关键技术,以及物理覆盖和流形单元编号规则。然后,针对并行算法提出了建立覆盖系统界面信息算法,为数值流形法并行计算过程中通讯和数据交换提供支持。最后,在覆盖系统并行生成算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发了相应程序。2个算例结果验证了算法正确性和有效性,为后续并行模拟提供了前处理器。     

基于数值流形法的土石坝静力 计算数值模拟

根据数值流形法的特点以及土石坝静力计算要求,给出了基于数值流形法的土石坝非线性静力计算方法。算例表明,数值流形法在土石坝静力分析中是有效的。     

基于数值流形法的重力坝抗滑稳定性分析

作为一种新的数值方法,数值流形法在重力坝抗滑稳定性方面的研究较少。首先给出了水压及扬压力的荷载矩阵、安全系数的求解方法,然后采用数值流形法分析了重力坝沿建基面及深层双斜面的抗滑稳定性,得出了安全系数,并与有限元接触分析的结果进行了对比。分析结果表明采用数值流形法和有限元接触分析法得到的安全系数基本一致,从而验证了数值流形法在重力坝抗滑稳定分析中的可行性。     

会理县老营盘村滑坡稳定性评价及数值分析

以会理县老营盘村滑坡为例,结合其工程地质条件和滑坡基本特征,详细分析了该滑坡的形成条件、诱发因素,对滑坡稳定性做出了评价,并运用FLAC3D软件对滑坡稳定性进行数值模拟。结果表明:该滑坡的变形失稳机制为蠕滑一拉裂,在天然工况、地震工况下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态;FLAC3D数值模拟结果与滑坡实际变形相吻合,表明数值模拟结果与传递系数法计算结果一致。     

适用于数值流形法分析的混凝土徐变递推公式

目前大体积混凝土结构温度应力仿真计算主要采用有限元法。对于复杂结构,有限元法仿真计算存在计算规模大、前处理难度大等问题。数值流形法具有网格剖分和自适应分析方便等优点,可为温度应力仿真计算提供有力的分析手段。混凝土徐变可以松驰温度应力,在温度应力仿真计算中一般都要考虑徐变的影响。有限元法中采用的徐变递推公式是基于数值积分点的应力状态,但数值流形法的单元应力呈多项式函数分布,这种递推公式已不适用。为此,推导了适合于数值流形法的徐变递推公式及等效荷载计算公式,并编制了数值流形法仿真计算程序,通过数值算例验证了公式的正确性。     

基于矩阵特殊运算的高阶流形单元分析

 在数值流形法的单元分析中广泛采用单纯形积分进行精确积分，然而在高阶数值流形法中采用单纯形积分并不容易，因为要求被积函数为显式多项式函数。采用Kronecker积、Hadamard积和拉直等矩阵特殊运算进行高阶流形单元分析，使得单元矩阵的推导过程简单且被积函数易表示为多项式形式。在此基础上，开发了三维弹性连续体静力分析的高阶数值流形法程序。通过实例验证了公式和程序的正确性。     

基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。     

黑河水库引水洞上部滑坡的稳定性数值模拟分析

以黑河引水洞上部滑坡为例,采用二维离散元软件对滑坡的变形过程进行了数值模拟,分别从应力、应变、塑性区分布等方面分析滑坡的变形特征,并对坡面一点的速率、位移情况进行监测,模拟结果与实际观测结果大体上是吻合的,离散元数值模拟在一定程度上反映了坡体变形破坏的总体趋势.     

含非贯通软弱结构面岩质边坡渐进破坏过程数值模拟

含非贯通软弱结构面岩质边坡的变形破坏过程涉及到岩体从连续转变为非连续状态的过程，是岩石边坡工程的研究重点和难点之一。采用数值流形方法研究了岩质边坡的变形破坏过程。数值流形方法模拟裂隙扩展的优势在于其数学覆盖和物理覆盖两套网格系统，不连续面切割数学覆盖后生成相互分离的物理覆盖，数值流形方法则通过物理覆盖来形成不连续面两侧相互独立的流形单元。通过在裂纹尖端引入粘结裂纹扩展模型以及岩体起裂和扩展判断准则，发展了可模拟岩体裂隙扩展的数值流形方法。最后，采用该方法模拟了西南地区某水电站高边坡的渐进破坏过程，从裂隙扩展角度研究了岩体稳定性的影响，并提出了相应的工程处理措施。     

基于多演化阶段插值方法的滑坡预测研究

使用位移-时间曲线分析及预测滑坡形变趋势时,监测误差和数据录入会影响精度,而恰当的插值方法能提高滑坡位移预测值的准确性。从传统全局分段插值法和滑坡预测经典模型的研究背景出发,充分考虑典型滑坡不同演化阶段对插值效果的影响,将实际位移曲线按实际演化阶段划分为插值算法参数各异的敏感区间,利用多级别阶数的拉格朗日插值法完善滑坡多演化阶段的位移数值填充过程,然后对白家包滑坡的累积位移-时间曲线进行基于实际运动学变化情况的插值,最后通过指数平滑短期预测方法对比验证了该算法对于阶跃型滑坡的预测精度。结果表明,分段插值的方法误差更低,形成的位移预测值更精确,相较于传统方法更具有优势。     

基于AUTOCAD的混凝土骨料建模分析

为深入研究混凝土细观结构,利用AUTOCAD内置的VBA语言自动生成混凝土二维椭圆、多边形以及三维椭球、多面体骨料模型,并可以用其进行有限元分析。利用VBA中的IntersectWith命令,提出了一种新的、更为简单的、适用于所有形状的骨料干涉判断方法——交点法。模拟结果表明：利用AUTOCAD建立混凝土骨料模型,程序通俗易懂、方法简单,模型直观且精确性高。通过AUTOCAD与其它软件之间进行CAD数据交换的交互文件SAT,可导入多种有限元软件进行分析,有利于对混凝土的宏观、细观力学性质做进一步的数值研究。     

不平水底浅水波问题的位移法

该文研究考虑不平水底的二维浅水波问题的位移法。利用水平位移与竖向坐标无关的假定,建立了基于位移的浅水波方程和相应的Hamilton变分原理。针对文中提出的基于位移的浅水波方程,利用有限元和保辛算法建立了相应的计算格式。最后给出一个具有抛物线型河床的浅水周期晃荡算例。数值算例表明该方法可以有效模拟带动边界和不平水底浅水波问题。     

弧门主框架自振频率计算

本文对弧形闸门各种形式的主框架的自振频率进行了详细的计算，导出了估计主框架自振频率的简便方法，对弧门结构动态特性的评估具有一定的实用意义。     

AN EXPONENTIAL-TYPE WEIGHTED IMPLICIT SCHEME AND ALTERNATING GROUP EXPLICIT ITERATIVE METHOD FOR BURGERS EQUATION

1. INTRODUCTIONThe Burgers equation,given by u t u xu=ε x2u2(1)is a nonlinear partial differential equation, whereu(x ,t)is a velocity-like field andεis a parameterthat play the role of the viscosity. There is ananalogy between the Burgers equation and …     

Determination of the Optimal Location for Developments to Minimize Detention Requirements

A methodology is presented to determine the optimal locations to place various types of developments in a watershed to reduce the changes in flow rates and volume from natural to developed conditions. An optimization model is developed which incorporates the hydrology (based upon rational method computations and a lag routing method) as constraints. The non-linear programming (NLP) model can be solved using Microsoft Excel (generalized reduced gradient (GRG)) procedure, or other NLP software. This model is meant to serve as a planning tool to help develop best management practices for regulatory agencies and to reduce cost of drainage facilities for developers. The model was applied to two examples to show its applicability and usefulness using Excel NLP software, which should enhance the availability of the modeling approach.     

薄膜法进行河道地形等值线仿真

利用地形、薄膜、弹性网、有限元数值模型，针对河道地形控制断面的特点提出了地形等值线的有限元仿真方法，其具有概念明确、编制程序简单、绘制的图形更精确等特点，利用该方法确定的河道地形比较自然，比一般插值方法更接近河道的真实情况．另外，还讨论了汊道、垂直陡岩等特殊地形的网格化处理方法．     

堤防结构风险分析理论及其应用

结合堤防安全运行和管理的实际，给出基于可靠性理论的考虑边坡稳定和渗透稳定的风险评价模型及其求解方法，此模型已应用于长江干堤部分堤段的风险评价系统中。本文简要介绍系统的数据查询与图形显示等主要功能，可对全堤段堤防工程存在的险情类别进行预测。方法的应用有助于传统经验型的堤防安全评价和管理方法向预测型的风险管理体系的转变。     

多目标模糊全局优化设计方法和软件

分析了优化设计在土木工程中应用不够广泛的原因，由此提出了一个能用于工程设计的多目标模糊全局优化设计方法。介绍了按该方法研制的软件ＭＦＤ的功能和性能，以及一个用该软件分析的拱坝体型设计实例。     

Hydropower Optimization for the Lower Seyhan System in Turkey using Dynamic Programming

Abstract

Dynamic programming with successive approximation has been used in the past for optimizing multi-reservoir water resources systems. In this study, the State Incremental Dynamic Programming (SIDP) model is developed for energy optimization of multi-reservoir systems. A random file access method is used for reaching initial and intermediate data to cope with the curse of dimensionality of dynamic programming. A conventional dynamic programming method is used for each single reservoir to find the initial trajectory of the reservoirs. Then, the computer program developed in the study is applied to the multipurpose-multi-reservoir system in Lower Seyhan Basin, which has six reservoirs, some of which are serial and some parallel. First, extended historical flows were used to maximize firm energy in the critical period, and then total energy in the total flows. The program was run with 50-year long segments (20 flow scenarios) of the synthetic flow data generated by using the HEC-4 generalized computer program to take into account the stochastic nature of stream flows. An increment of approximately 20 percent in total energy was obtained by using the model for the Lower Seyhan System, as compared to that calculated previously by conventional methods.     

Hydraulic model with roughness coefficient updating method based on Kalman filter for channel flood forecast

A real-time channel flood forecast model was developed to simulate channel flow in plain rivers based on the dynamic wave theory.Taking into consideration channel shape differences along the channel,a roughness updating technique was developed using the Kalman filter method to update Manning's roughness coefficient at each time step of the calculation processes.Channel shapes were simplified as rectangles,triangles,and parabolas,and the relationships between hydraulic radius and water depth were developed f...