大连周水子海水入侵区地下水优化管理模型

SWTGA将遗传算法(GA)与海水入侵变密度流数值模拟程序SEAWAT相耦合,是一个用于求解海水入侵区地下水优化管理模型的高效模拟优化工具。本文将SWTGA应用于大连周水子地区以控制海水入侵范围为约束的地下水开采方案优化设计中,以得到滨海含水层地下水资源的最佳开采方案及最大开采量。结果表明,优化后地下水总开采量比优化前增加了224.394%。本研究基于实际的水文地质参数和地下水开采条件,可为研究区地下水资源合理配置提供科学决策依据。     

遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水渗流模型参数

充分利用遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法善于进行局部搜索的优点,克服了两种方法各自的不足,用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数,首先用遗传算法求出地下水模型参数的初值,然后利用这组初值用高斯牛顿法进行数值模型参数的反演,并以非均质各向同性承压二维非稳定流动模型,结合有限元法讨论了用遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数的过程。计算结果表明,联合参数反演方法,具有收敛速度快、解的精度高的特点。     

综合改进的遗传算法反演三维地下水流模型参数

在简单的遗传算法的基础上，提出了一种综合改进的遗传算法，在反演地下水水流参数时，具有收敛速度快、解的精度高和避免出现早熟等优点。以非均质各向同性承压三维非稳定流动为理想模型，结合有限元法讨论了用遗传算法反演水文地质参数的过程。综合改进的遗传算法非常有效，在地下水渗流和水资源评价计算中有广阔的应用前景。     

基于地表移动矢量的概率积分法参数反演方法

为解决概率积分法参数反演时计算不稳定、初值依赖、优化指标难以选取、非矩形工作面,多工作面影响下难以反演的问题,提出采用地表空间移动矢量反演概率积分法参数的遗传算法模型。该模型采用地表移动矢量的误差平方和最小作为计算指标,以遗传算法作为参数优化的核心算法进行概率积分法参数反演。用空间移动矢量指标可以解决分别采用下沉、水平移动监测值反演结果不相同、精度难以估算的难题。矢量反演模型对观测站设置没有特别严格的要求,降低了设站不当引起的计算误差。为解决遗传算法多次计算结果不同的问题,建立了组合预测计算方法,依据中误差加权均值得到唯一的计算结果。基于矢量移动值的反演模型,避免了传统计算方法的多个缺陷,计算效率高、易于与已有开采沉陷预计程序结合,为解决非矩形、多工作面地表移动观测站参数反演的工程应用问题提供了新的解决思路和计算方法。     

基坑土体参数优化反分析

文中采用有限元数值模拟与遗传算法相结合的方法,对基坑的岩土参数进行反演。使用ABAQUS建立基坑二维有限元模型,并用python语言对ABAQUS进行前处理(修改模型文件参数)和后处理(提取指定位置的计算结果),遗传算法使用matlab编程实现。采用优化后的参数在ABAQUS中建立基坑的三维有限元模型,提取多个部位支护结构的水平位移值与监测的水平位移值进行对比,以验证文中所采用的有限元与遗传算法相结合优化方法的合理性。     

一种土层非线性本构模型参数的确定方法

提出一种合理确定土层非线性弹性本构模型参数的方法.以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数的确定方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土土层非线性弹性本构模型参数确定的全过程.计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数反演精度.从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法.     

三峡船闸高边坡考虑开挖卸荷效应的位移反分析

以三峡工程为背景,在试验、监测、前期分析结果基础上,建立了地质与施工的概化模型。以基本力学参数和初始应力场为基本变量,按正交设计和均匀设计方法进行计算方案的组合,采用考虑开挖卸荷效应的显式有限差分法完成了船闸高边坡的开挖模拟计算,并通过神经网络和遗传算法进行优化反演。反演位移计算值与实测值较为吻合,表明反演得到的力学参数和地应力场基本合理。     

隧道工程基于人工智能的应力反演方法研究

在新奥法施工中,采用应力数据进行反演分析,可以进一步提高隧道信息化设计的科学性。结合人工智能中的遗传算法、人工神经网络和数值模拟的方法对数据进行处理。利用遗传算法全局优化特性对神经网络进行优化,利用神经网络的映射、推理和预测功能建立岩性参数和应力之间的隐式关系,最后利用遗传算法对岩性参数进行整体寻优。     

考虑相互作用影响的堆石料动力参数反演

通过黏弹性人工边界及相关的等效结点力法实现了半无限域的地震动输入,采用多种群遗传算法和径向基神经网络构建参数反演平台,建立了考虑坝基相互作用及辐射阻尼影响的土石坝动力参数反演分析模型。多种群遗传算法优化得到坝体堆石料动力参数,可有效避免传统遗传算法的早熟问题;经过训练的径向基神经网络描述模型参数和加速度反应谱值之间的映射关系,节省参数反演的计算时间。对鲤鱼潭大坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。考虑相互作用的反演得到堆石料最大动剪模量系数C值最大,刚性地基模型反演结果居中,室内动三轴试验值最小,工程应用时室内试验值应予以修正。     

基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

基于逐个修正法的含水层参数反演

含水层参数的确定,是进行地下水资源科学管理的基础和关键。针对含水层参数反演解往往不唯一的问题,提出采用最优化方法中的逐个修正法,将反问题转化为一系列的正问题进行求解;利用正问题的解是适定的这一性质,克服了反问题不适定问题;最后以无界承压含水层井流模型为例,讨论了逐个修正法在含水层参数反演中的应用,实例分析结果表明,此种方法有很好的稳定性,是一种值得在实际中推广应用的含水层参数反演方法。     

地下水渗流模型参数识别的模拟退火算法

反问题的求解常常需要转化为非线性优化问题，其目标函数定义为观测数据与模型数据之间的残差平方和。地下水模型参数识别最常用的优化方法都是基于梯度搜索，其缺陷在于对模型参数初始估计比较敏感和局部极小问题。与传统的基于梯度搜索的优化方法相比，模拟退火算法具有良好的全局收敛特性。把含水层参数识别反问题转化为组合优化问题，提出模拟退火算法识别二维、非稳态地下水流动模型的渗透系数和储水系数的策略。反问题的不适定性由解的不唯一性和不稳定性来表征，模拟退火算法具有解决这一问题的能力。通过与梯度搜索算法相对比，数值模拟计算结果显示所提出反演方法的有效性和适用性。     

Performance analysis of simulation-based optimization of construction projects using High Performance Computing

The complexity and uncertain nature of bridge construction projects require simulation for analyzing and planning these projects. On the other hand, optimization can be used to address the inverse relationship between the cost and time of a project and to find a proper trade-off between these two key elements. In addition, the large number of resources required in large-scale bridge construction projects results in a very large search space. Therefore, there is a need for using parallel computing to reduce the computational time of the simulation-based optimization problem. Another problem in this area is that most of the construction simulation tools need an integration platform to be combined with optimization techniques. To alleviate these limitations, an integrated simulation-based optimization framework is developed within one High Performance Computing (HPC) platform, and its performance is analyzed by carrying out a case study. A master-slave (or global) parallel Genetic Algorithm (GA) is used to decrease the computation time and to efficiently use the full capacity of the computer. In addition, sensitivity analysis is applied to identify the promising configuration for GA and the best number of cores used in parallel and to analyze the impact of GA parameters on the overall performance of the simulation-based optimization model. Using NSGA-ΙΙ as the optimization algorithm resulted in better near-optimal solutions compared to those of fast-messy GA. Moreover, performing the proposed framework on multiple nodes using the cluster system led to 31% saving in the computation time on average. Furthermore, the GA was tuned using sensitivity analyses, which resulted in the selection of the best parameters of the GA.     

基于水化学动力学方法的水文地质参数确定

利用天然地下水中各化学组分的迁移规律,从矿物化学组分运移方程入手,推导用化学动力学、化学热力学和地下水动力学表示的矿物吸附、溶解动力学方程,并用化学指标表示渗透系数、导水系数的解析表达式。基于研究区的水质资料,用水化学动力学方法能够求解含水层的水文地质参数,将该方法应用于抽水蓄能电站厂房区含水层参数的确定,并与压水试验法确定的参数进行对比,从而验证该方法的有效性,表明该方法具有广阔的应用前景。     

基于水化学动力学方法的水文地质参数确定

 利用天然地下水中各化学组分的迁移规律,从矿物化学组分运移方程入手,推导用化学动力学、化学热力学和地下水动力学表示的矿物吸附、溶解动力学方程,并用化学指标表示渗透系数、导水系数的解析表达式。基于研究区的水质资料,用水化学动力学方法能够求解含水层的水文地质参数,将该方法应用于抽水蓄能电站厂房区含水层参数的确定,并与压水试验法确定的参数进行对比,从而验证该方法的有效性,表明该方法具有广阔的应用前景。     

地下水位变化的数值模拟新方法

 尽管地下水数值计算技术和计算方法发展很快,地下水数值模拟仍然存在着大量的理论问题和实际问题需要研究解决,仍有很多局限性,由此可知,地下水模拟过程中充满了各种各样的不确定因素。如何利用和改进现有技术,减少模型的不确定性,提高数值模拟过程的有效性和预测结果的可靠性,是该研究领域具有挑战性的问题之一。在传统地下水数值模拟的基础上,提出一种预测地下水位变化的新的方法。该方法可以在拥有较少现场资料的情况下,对地下水水位的变化直接进行的预测。本研究的创新点在于减少模拟过程及模型校正过程中对输入数据的需求,简化边界条件;同时引入反复迭代方法求解控制方程,减少计算误差。该研究成果应用到实践中去,可以大大提高对地下水位的预测能力,此项研究及其成果将对水资源管理产生重大影响,对岩土工程设计及施工提供指导。     

南水北调供水前后北京西郊地区地下水流场趋势预测研究

本文对北京西郊南水北调受水区进行了地下水数值模拟和流场趋势预测,为其地下水合理开发利用提供了依据。首先建立了研究区水文地质概念模型,将模型概化为潜水含水层和承压含水层。运用地下水模型软件GMS建立了地下水数值模拟模型,并对模型进行了模拟和预测。预测结果表明,在南水北调供水前,地下水位持续小幅下降;南水北调供水后,地下水储存量增加了4．2×10^8m3,地下水位平均上升幅度为6．24m。其中,在研究区北部地下水集中开采区地下水上升幅度最大,一般为8—10m,在研究区南部上升幅度较小,一般为3～4．5m。     

Numerical simulation of ground heat and water transfer for groundwater heat pump system based on real-scale experiment

The groundwater heat pump (GWHP) system is an open-loop system that draws water from a well or surface water, passes it through a heat exchanger and discharges the water into an injection well or nearby river. By utilizing the relatively stable temperature of groundwater, GWHP system can achieve a higher coefficient of performance and can save more energy than conventional air-source heat pump (ASHP) system. The performance of the system depends on the condition of groundwater, especially temperature and depth, which affect performance of the heat pump and system. For the optimization of design and operation of GWHP systems, it is necessary to develop a simulation tool which can predict groundwater and heat flow and evaluate system performance comprehensively. In this research, 3D numerical heat-water transfer simulation and experiments utilizing real-scale equipment has been conducted in order to develop the optimization method for GWHP systems. Simulation results were compared with the experimental results, and the validity of the simulation model was confirmed. Furthermore, several case studies for the optimal operation method have been conducted by calculating the coefficient of performance on various groundwater and well conditions.