应用三维快速拉格朗日法进行三峡船闸高边坡锚固稳定与机理研究

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法 ,它可以准确地模拟岩土或其他材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形等三维力学行为 ,尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟。本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点 ,然后应用三维快速拉格朗日分析程序FLAC

基于快速拉格朗日分析–并行粒子群算法的黏弹塑性参数反演及其应用

将改进粒子群算法和大型岩土数值计算软件FLAC3D有机结合,提出基于快速拉格朗日分析的全局并行改进粒子群参数反演方法。该方法既没有采用EBE方法也没有利用区域分解技术对计算区域进行处理,而是对用于参数反演的优化方法进行全局并行,这既避免了区域分解难于确定子区域边界的问题,又避免了EBE方法的大量数据交换,无疑将大大提高并行效率。基于锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的算法性能分析证实了这一特性。锦屏二级水电站辅助洞黏弹塑性参数反演表明该方法对大规模岩土工程参数反演提供了一种行之有效的方法,获得了可靠的长期稳定性分析参数。利用获得的参数进行正向数值分析,计算结果表明:变形主要发生在顶拱和两侧墙靠上部位;洞周出现了一定范围的塑性区,以两侧为最,洞底次之,内壁出现了拉伸屈服;洞肩和墙角出现了应力集中现象,洞底出现底鼓现象,这些现象与现场观测到的结果一致。因此,引水隧洞在设计、施工时应加以注意,防止造成不必要的损失。

多拉格朗日乘子协同优化的SVM快速学习算法研究

提出了一个利用多个拉格朗日乘子协同优化的支持向量机快速学习方法（MLSVM），并给出了每个乘子的可行域范围的定义公式，由于在每个乘子的优化过程中使用了解析表达式，使得算法可以更加精确和快速地逼近最优解，可以证明SMO算法是该方法的一个特例．在此方法的理论指导下，根据不同的学习策略，程序实现了3种不同的具体算法（MLSVM1，MLSVM2，MLSVM3），其中前两个算法在数据集不大时（〈5000条记录）学习速度与SMO算法相当，但当数据集更大时，算法就失效了．MLSVM3是一个改进算法，总结了MLSVM1和MLSVM2失效的原因，对SMO算法中学习效率较低的部分进行了改进，在多个数据集上测试，MLSVM3算法速度超过了SMO算法7．4％～41.30％．

三维快速拉格朗日法在小湾拱坝稳定分析中的应用

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形。由于采用显式差分法，它尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟。本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点，然后用美国Ｉｔａｓｃａ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｉｎｃ开发的三维快速拉格朗日分析程序ＦＬＡＣ－３Ｄ进行了小湾拱坝的应力变形分析和参数敏感分析。

基于拉格朗日乘子法的空间圆弧拟合优化方法

针对传统的空间圆弧拟合方法鲁棒性低、拟合精度不高等问题,提出了一种鲁棒性较强的空间圆弧拟合优化方法。首先,以拉格朗日乘子法为基础,基于平面条件约束建立目标函数,从而得出空间圆弧拟合方程;其次,采用RANSAC(random sample consensus,随机抽样一致)算法剔除错误跟踪点,将RANSAC算法的高稳定性应用到空间圆弧拟合的点云优化中,进而提高拟合精度。最后,通过实验分析验证了所提空间圆弧拟合优化方法的可行性,并与传统拟合方法进行比较,分析所提方法的拟合精度。实验结果表明:普通圆弧点云拟合的相对精度在0.003左右,复杂圆弧点云拟合的相对精度在0.01左右;相较于传统拟合方法,所提方法有效解决了拟合精度低及鲁棒性差等问题。研究结果表明提出的空间圆弧拟合优化方法一方面可运用拉格朗日乘子法增强鲁棒性,另一方面可通过采用RANSAC方法剔除错误点以提高拟合精度,具有广泛的工程实际应用价值。

多层快速多极子算法的改进措施

为精确求解散射问题,采用混合场积分方程(CFIE)、多层快速多极子算法(MLFMA)和共轭梯度算法(CG)的收敛技术。基于传统多层快速多级子算法,详细研究了二维拉格朗日插值节点数对计算精度的影响,并改进了插值方法,在不同的层采用不同的插值节点数;提出了在不同的层采用不同的精度控制来计算多级子模式数;分析了稀疏矩阵的对称性对内存使用的影响以及磁场积分方程对迭代初始值的选择。数值计算结果表明以上改进可较大幅度地提高计算精度和计算效率,同时降低内存使用,可满足复杂目标电磁散射计算要求。

MLSVM4——一种多乘子协同优化的SVM快速学习算法

贯序最小优化(SMO)算法是解决大数据集支持向量机学习问题的一种有效方法,但SMO选择工作集的策略是选择数据集中最违背KKT条件的两个样本,而且还使用了随机函数,使得优化过程具有很大的随机性,影响了学习效率.在多拉格朗日乘子协同优化的通用公式基础上,吸收了Keerthi所提出的SMO修改算法中双阈值的优点,给出了乘子数为4时的一个算法MLSVM4,由于能更加精确地确定待优化样本的拉格朗日乘子值,使得学习收敛速度大大提高,特别是在使用线性核的场合下效果更加明显,在Adult、Web、手写体数字数据集上的实验结果表明,MLSVM4算法速度超过了SMO算法3到42倍.

基于FLAC3D的基坑开挖与支护三维数值分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)建立了考虑基坑分步开挖与支护全过程的三维动态计算模型,土体采用修正剑桥模型模拟,考虑了支护结构与土体的接触滑移作用,分析了基坑施工中围护墙变形、地表沉降、坑底隆起、坑外深层土体变形的基本特性.计算得到的地表沉降曲线与已有文献的经验沉降曲线基本一致,验证了计算结果的适用性.分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益参考.

高压旋喷锚索与灌注桩支护结构三维数值分析

为了研究高压旋喷锚索与灌注桩支护结构在深基坑工程中的工作性状,利用三维快速拉格朗日方法(FLAC^(3D))对郑州市某主要采用桩锚支护形式的深基坑工程的开挖支护进行了三维动态模拟分析,得到了基坑开挖过程中高压旋喷锚索的受力,灌注桩围护体的变形,基坑外土体的水平位移和基坑外土体的沉降变形规律。除了在坑外沉降变形方面,摩尔-库仑模型的计算结果始终为较大的回弹变形,其他与已有文献的经验性规律基本吻合,且结构安全性和稳定性满足规范要求。分析结果可为以后该地区类似的高压旋喷锚索与灌注桩支护结构的设计施工应用提供参考。

公路隧道风机洞室群三维稳定性分析

山地公路隧道中,出于通风等需要,往往需要设置风机洞室群。风机洞室群结构复杂,多与行车主洞相贯通,且断面跨度较大,洞室间距较小。因此,保证其安全与稳定是工程的难点。采用三维快速拉格朗日分析方法(FLAC-3D),结合某公路隧道实际,给出了公路隧道风机洞室群的数值模拟分析方法,为今后此类工程提供了经验。

阶段矿房法二步骤采场地压控制研究

在阶段矿房二步骤开采时,为了减小上盘岩移量,常采纳采场中部切槽并向上盘、下盘两侧回采,从而缩短采场暴露时间,以便减小上盘岩移量。当地压达到流变发生的条件后,缩短采场暴露时间并不能有效控制上盘巷道发生岩移破坏。为此,利用三维连续体快速拉格朗日分析数值模拟采场上盘地压,并根据流变理论分析,采纳低松弛预应力大直径钢绞线锚索支护上盘顶板以便减小上盘地压,从而克服发生流变变形的应力条件。结果表明:在上盘岩体上施加支护抗力可减小或消除高地压导致的流变变形;采纳7排7.0 m长的锚索、每排6根支护上盘顶板后大幅度减小了上盘岩移量,但采场第2分层上排锚索及一步骤采场第3分层局部锚索的锚固力超过设计值;采纳8排7.0 m长的锚索、一步骤采场每排7根、二步骤采场每排6根支护上盘顶板后,即使回采底柱,锚索锚固力也不会达到设计值。监测表明,大直径钢绞线锚索支护后上盘岩移量减小到一般不超过6 mm。

软土地区盖挖逆作施工地铁换乘站变形性状的数值分析

基于三维快速拉格朗日算法原理,结合华东软土地区某盖挖逆作法施工换乘地铁车站工程实际并考虑基坑的周边环境因素,采用FLAC3D数值模拟软件,对盖挖逆作法地铁结构开挖过程中的变形性状进行了数值分析,得到了基坑开挖各阶段的变形场,为地铁车站的设计和施工提供了较好的控制结构变形量的方案,以确保基坑开挖对周边环境的影响最小,并保证基坑安全施工。

深基坑开挖与邻近隧道相互影响的分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)模拟软土地区深基坑的分步开挖和支护过程。根据隧道与基坑不同位置关系,分为"紧贴型"和"浅埋型"两类、共7种工况,分析基坑分步开挖对邻近地铁隧道变形的影响以及隧道对基坑连续墙变形和墙后地表位移的影响。数值分析土体采用修正剑桥模型,考虑了连续墙和土体的接触滑移作用。数值分析结果发现隧道变形大小与基坑距离关系并不完全单调,隧道的存在对基坑墙后土体有明显的"加筋效应"。

爆炸荷载作用下岩体振动特性的DE-FLAC^(3D)数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution,DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的DE-FLAC3D数值模拟方法.该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识.龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.

岩体假三轴压缩及变形局部化剪切带数值模拟

岩体试件应力－应变全过程曲线、剪切带图案及其演化规律不仅在理论上，而且在工程实践中有着重要的意义。利用快速拉格朗日分析法模拟了尺寸效应、加载速率和围压等因素对假三轴试件抗压应力－应变全过程曲线，变形局部化启动、稳定、剪切带图案及演化规律的影响。

储气库注、采气过程热工分析研究

基于变质量热力学原理,建立单个盐溶腔在注、采气过程的热工计算数学模型,并讨论模型的求解方法和思路。该方法除耦合井筒气流计算外,还可以考虑溶腔的三维真实形状和温度场,更接近实际。金坛储气库设计溶腔算例结果表明,注、采气过程中井口溶腔压力近似呈线性增加、减少;注气过程溶腔温度和壁面温度变化趋势呈开口向下的抛物线形态,而采气过程降低趋势则越来越平缓,最后有小幅度升高;井底和井口温度在注、采过程中的变化趋势同溶腔情况,但幅度要小。温度场影响范围相对溶腔尺寸而言比较小,在溶腔周围7～15 m内,但在该范围内温度梯度相对较大,会对溶腔稳定性造成一定的影响。

3-DFLAC在公路隧道风机洞室稳定性分析中的应用

某大型公路隧道中的通风洞室结构复杂,洞室断面跨度较大、间距较小,因此,设计与施工过程的安全性与稳定性是工程难点,有必要采取有效的数值计算方法和计算模型,对洞室群进行详细的数值模拟分析。稳定性分析采用了目前较先进的三维快速拉格朗日分析(FLAC-3D)方法,该方法采用三维显式有限差分法程序,可较好地模拟岩土的三维力学行为。

FLAC^(3D)在土坝劈裂灌浆防渗稳定性分析中的应用

采用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法。根据广东某水库的实际情况,采用三维快速拉格郎日分析(FLAC3D)方法对坝体灌浆前后的稳定性进行了数值模拟分析。通过模拟分析可知,三维快速拉格朗日分析方法可以较好地模拟劈裂灌浆过程中土体材料的弹塑性力学行为和施工过程,且分析结果与实际观测结果吻合。

FLAC^(3D)在岩石变形局部化数值模拟中的应用

采用FLAC3D,对试样的尺寸效应、二块体地震模型、五块体地震模型和厚壁圆筒模型进行了变形局部化数值模拟研究。 所获得的模拟结果是合理的,可以在一定程度上解释自然灾害中的变形局部化现象。

煤层底板岩体采动渗流场–应变场耦合分析

根据五沟煤矿1018工作面地质及水文地质条件,应用三维快速拉格朗日(FLAC3D)流固耦合分析模块,采用变渗透系数方法,对该工作面底板岩体采动渗流应变机制进行数值模拟研究。分析结果表明:采动影响下,围岩渗透系数发生较大的变化,处在采空区正上方的泥岩段最大达到原始渗透系数的1 293倍;根据渗流场分析,工作面采动并没有破坏底板隔水层的阻水性能,采动裂隙没有导通灰岩含水层,灰岩水涌入回采工作面形成水害可能性较小;工作面正下方岩体单元安全度小于1的区域最大深度为30 m。综合渗流场以及隔水底板单元安全度分析结果,10煤底板下灰岩水溃入工作面形成水害可能性较小。