view in publisher's site

A GPU-based numerical manifold method for modeling the formation of the excavation damaged zone in deep rock tunnels

In this study, combined with the zero–thickness cohesive element (ZE) model and explicit integration method, a parallelization technique based on graphics processing units (GPU) is proposed to accelerate the computational efficiency of the NMM for modeling the formation of the excavation damaged zone in deep rock tunnels. To optimize the performance of the original NMM when simulating rock masses with fine grains, a ZE model is adopted and a speedup ratio of 41 compared with the original NMM is achieved. To simulate the behavior of the failed rock masses more efficiently and to achieve a higher speedup ratio after parallelization, the explicit integration scheme is introduced to avoid the assembly and solving of linear equations. To further improve the computation efficiency of hardware–based approaches, the GPU–based parallel technique, including a hybrid CPU–GPU framework, a ‘single instruction on multiple data’ (SIMD) model and a rainbow coloring strategy, is adopted and a speedup ratio of up to 34.7x is achieved. Finally, a series of excavation models are simulated, and the predicted results validate the efficiency and capability of this developed method for modeling the formation of the excavation damaged zone in deeply buried rock tunnels.

روش منیفولد عددی مبتنی بر GPU برای مدل‌سازی تشکیل منطقه آسیب‌دیده حفاری در تونل‌های سنگی عمیق

در این تحقیق، در ترکیب با مدل آلمان چسبنده ضخامت صفر (ZE)و روش انتگرال گیری صریح، یک تکنیک موازی سازی مبتنی بر واحدهای پردازش گرافیکی (GPU)برای تسریع کارایی محاسباتی NMM برای مدل‌سازی تشکیل ناحیه آسیب‌دیده حفاری در تونل‌های سنگی عمیق پیشنهاد شده‌است. برای بهینه‌سازی عملکرد NMM اصلی هنگام شبیه‌سازی توده‌های سنگ با دانه‌های ریز، یک مدل ZE اتخاذ شده و نسبت افزایش سرعت ۴۱ در مقایسه با NMM اصلی بدست می‌آید. برای شبیه‌سازی رفتار توده‌های سنگی شکست‌خورده به طور موثرتر و دستیابی به نسبت افزایش سرعت بالاتر پس از موازی سازی، طرح ادغام صریح برای جلوگیری از مونتاژ و حل معادلات خطی معرفی شده‌است. به منظور بهبود بیشتر بازدهی محاسباتی روش‌های مبتنی بر سخت‌افزار، تکنیک موازی مبتنی بر GPU، شامل چارچوب ترکیبی CPU - GPU، مدل "تک دستورالعمل بر روی داده‌های چندگانه" (SIMD)و استراتژی رنگ‌آمیزی رنگین‌کمان، اتخاذ شده و نسبت افزایش سرعت تا ۳۴.۷ x به دست آمده‌است. در نهایت، یک سری از مدل‌های حفاری شبیه‌سازی شده و نتایج پیش‌بینی‌شده کارایی و قابلیت این روش توسعه‌یافته برای مدل‌سازی تشکیل منطقه آسیب‌دیده حفاری در تونل‌های سنگی مدفون عمیق را تایید می‌کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • ترجمه مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
  • ترجمه مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
  • مقاله Computer Science Applications
  • ترجمه مقاله Computer Science Applications
  • مقاله کاربردهای علوم کامپیوتر
  • ترجمه مقاله کاربردهای علوم کامپیوتر
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.