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巖體是一種材料非均質(zhì)和多結(jié)構(gòu)面的復(fù)雜系統(tǒng)，巖體系統(tǒng)的三維數(shù)值建模一直是一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題。數(shù)值流形法采用兩套獨(dú)立的覆蓋系統(tǒng)，可以在一個統(tǒng)一的框架內(nèi)求解連續(xù)和非連續(xù)問題，因此數(shù)值流形法近年來廣泛應(yīng)用于各類巖石力學(xué)問題。然而，由于缺乏成熟的三維前處理工具，目前的研究主要集中在二維數(shù)值流形法上，三維數(shù)值流形法在巖石力學(xué)問題上的應(yīng)用非常有限。
圍繞三維數(shù)值流形法前處理問題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所計算巖石力學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種實(shí)用的三維前處理策略來生成數(shù)值流形法離散模型。在該方法中，使用易于生成的規(guī)則數(shù)學(xué)網(wǎng)格來覆蓋求解域。同時，利用求解域的物理網(wǎng)格對數(shù)學(xué)網(wǎng)格進(jìn)行切割，生成三維數(shù)值流形法計算中使用的離散模型。為了提高了該前處理方法的效率，只有與物理網(wǎng)格相交的的數(shù)學(xué)網(wǎng)格進(jìn)行切割操作，同時還通過CPU并行進(jìn)一步提高前處理速度。
通過一系列實(shí)例來驗(yàn)證所提出的方法，結(jié)果表明，該策略可以有效地建立一些典型巖土工程問題的三維數(shù)值流形法離散模型（圖1，圖2），更重要的是，通過程序的并行化，可以顯著減少生成離散化模型的時間。
相關(guān)研究成果以“A practical parallel preprocessing strategy for 3D numerical manifold method”為題，發(fā)表在Science China Technological Sciences上，研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項(xiàng)目和湖北省青年拔尖人才培養(yǎng)計劃項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11431-022-2166-5
圖1 具有多種材料的邊坡數(shù)值離散模型 
圖2 包含多個夾雜區(qū)域巖石試樣的數(shù)值離散模型