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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 修正的庫(kù)侖主動(dòng)土壓力計(jì)算方法
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 了尋求一種簡(jiǎn)單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計(jì)算方法,引入土體半無(wú)限平衡理論，改進(jìn)了庫(kù)侖土壓力理論。通過(guò)算例對(duì)比得出了本文方法的適用性，并分析了該方法的參數(shù)敏感性。計(jì)算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫(kù)侖理論計(jì)算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計(jì)算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫(kù)侖土壓力原理計(jì)算值較小，可以作為庫(kù)侖壓力計(jì)算方法的一種等效計(jì)算法。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了尋求一種簡(jiǎn)單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計(jì)算方法,引入土體半無(wú)限平衡理論，改進(jìn)了庫(kù)侖土壓力理論。首先，假定了過(guò)墻踵點(diǎn)的假想直立墻背，基于半無(wú)限平衡條件的朗肯理論給出假想墻背的主動(dòng)壓應(yīng)力，然后通過(guò)假想墻背與真實(shí)墻背之間楔形體的極限平衡分析，提出真實(shí)墻背的主動(dòng)土壓力計(jì)算方法。根據(jù)真實(shí)墻背的摩擦條件，分別推導(dǎo)出了兩種條件下的計(jì)算公式。通過(guò)算例對(duì)比得出了本文方法的適用性，并分析了該方法的參數(shù)敏感性。計(jì)算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫(kù)侖理論計(jì)算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計(jì)算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫(kù)侖土壓力原理計(jì)算值較小，可以作為庫(kù)侖壓力計(jì)算方法的一種等效計(jì)算法。
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 為了尋求一種簡(jiǎn)單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計(jì)算方法,引入土體半無(wú)限平衡理論，改進(jìn)了庫(kù)侖土壓力理論;首先基于模型假定，然后推導(dǎo)了相應(yīng)模型的土的主動(dòng)壓力計(jì)算公式，最后結(jié)合算例對(duì)比分析了本文計(jì)算方法與庫(kù)侖理論的差異，分析了該方法的參數(shù)敏感性，得出了本文方法的適用性。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 次研究成果完全是以所學(xué)專(zhuān)業(yè)理為基礎(chǔ)，公式推導(dǎo)和模型假定均符合土力學(xué)基本理論原理；在分析總結(jié)了傳統(tǒng)的庫(kù)侖土壓力理論與朗肯土壓力的原理與其優(yōu)劣性的基礎(chǔ)上，本文模型巧妙地將兩種理論的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，通過(guò)算例對(duì)比分析，本文方法可以作為庫(kù)侖壓力計(jì)算方法的一種等效的簡(jiǎn)便計(jì)算方法。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 于本文提出的土壓力計(jì)算方法原理清晰、方法簡(jiǎn)便，通過(guò)算例對(duì)比，本文方法可以作為庫(kù)侖壓力計(jì)算方法的一種等效的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，在實(shí)際工程中可以作為有益的參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了尋求一種簡(jiǎn)單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計(jì)算方法,引入土體半無(wú)限平衡理論，改進(jìn)了庫(kù)侖土壓力理論。首先，假定了過(guò)墻踵點(diǎn)的假想直立墻背，基于半無(wú)限平衡條件的朗肯理論給出假想墻背的主動(dòng)壓應(yīng)力，然后通過(guò)假想墻背與真實(shí)墻背之間楔形體的極限平衡分析，提出真實(shí)墻背的主動(dòng)土壓力計(jì)算方法。根據(jù)真實(shí)墻背的摩擦條件，分別推導(dǎo)出了兩種條件下的計(jì)算公式。通過(guò)算例對(duì)比得出了本文方法的適用性，并分析了該方法的參數(shù)敏感性。計(jì)算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫(kù)侖理論計(jì)算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計(jì)算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫(kù)侖土壓力原理計(jì)算值較小，可以作為庫(kù)侖壓力計(jì)算方法的一種等效計(jì)算法。
獲獎(jiǎng)情況
- 作品于2010年6月在由湖北省土木建筑學(xué)會(huì)、武漢巖土工程學(xué)會(huì)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院等單位在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院聯(lián)合舉辦的第三屆湖北省土木工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生科技創(chuàng)新論壇上榮獲優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文二等獎(jiǎng)，論文收錄在《第三屆湖北省土木工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生科技創(chuàng)新論壇論文集》，該論文已被中文核心期刊《建筑科學(xué)》錄用，等待發(fā)表。
鑒定結(jié)果
- 該作品為學(xué)生獨(dú)立完成的課外科技創(chuàng)新成果。
參考文獻(xiàn)
- [1] 李興高,劉維寧,張彌. 關(guān)于庫(kù)侖土壓力理論的探討[J].巖土工程學(xué)報(bào),2005,27(6):677-681. [2] 朱傳培. 庫(kù)侖土壓系數(shù)簡(jiǎn)易計(jì)算法[J].巖土力學(xué).2007,28（9）：1789-1795 [3] 趙同彬,譚云亮,王虹等.擋土墻庫(kù)侖土壓力的遺傳算法求解分析[J].巖土力學(xué).2007,28(9):1170-1174 [4] 顧曉魯，錢(qián)鴻晉．地基與基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.
同類(lèi)課題研究水平概述
- 在工程領(lǐng)域，凡是涉及到土壓力計(jì)算問(wèn)題，大多是采取沿用至今的朗肯(Rankine)土壓力理論和庫(kù)侖（Coulomb ）土壓力理論，這兩種理論都是基于對(duì)復(fù)雜的邊界條件的簡(jiǎn)化的前提下給出的計(jì)算方法，導(dǎo)致與實(shí)際工況難免存在一定的誤差?；诖朔N情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在以上理論的基礎(chǔ)上做了一些有益的探索。李興高、劉維寧等人以滑動(dòng)體靜力平衡的力的平衡方程為基礎(chǔ)，引入Lagrange 乘子，將主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定含有兩個(gè)函數(shù)自變量的泛函極值問(wèn)題，進(jìn)而結(jié)合問(wèn)題圖形中的幾何關(guān)系進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為帶有約束的函數(shù)極值問(wèn)題。這種函數(shù)極值可利用Matlab6.1 優(yōu)化工具箱提供的fmincon 函數(shù)進(jìn)行求解。在確定了主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的大小后，利用滑動(dòng)體靜力平衡的力矩平衡方程計(jì)算力的作用點(diǎn)在墻體的相對(duì)位置。在本文中，土體沿平面滑動(dòng)破壞是由理論推導(dǎo)得出的結(jié)論，土壓力大小的結(jié)果與庫(kù)侖土壓力理論完全一致，但土壓力作用點(diǎn)在墻體的相對(duì)位置卻并非總是作用在墻高的1/3 處。陳英杰、孟德亮等人本文分析了運(yùn)用庫(kù)侖土壓力理論計(jì)算回填土墻的土體側(cè)壓力的計(jì)算值與實(shí)際值之間產(chǎn)生誤差的原因，并根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果提出了庫(kù)侖土壓力計(jì)算公式的修正系數(shù)。王奎華、 馬少俊等人基于庫(kù)侖理論的平面滑裂面假設(shè),考慮滑裂面上填土黏聚力及填土與擋土墻墻背接觸面上的黏著力,推導(dǎo)出了黏性土或無(wú)黏性土的土壓力關(guān)于破裂面傾角的計(jì)算表達(dá)式,并在經(jīng)典朗肯和庫(kù)侖土壓力條件下,將公式退化對(duì)比,表明此方法涵蓋了經(jīng)典朗肯和庫(kù)侖土壓力理論. 運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序繪制了土壓力關(guān)于滑裂面傾角的函數(shù)圖,可以容易地確定土壓力的極限值,并求得相應(yīng)的滑裂面傾角。通過(guò)算例比較各類(lèi)土壓力方法的計(jì)算結(jié)果,表明本文方法應(yīng)用范圍廣,精度可靠,易于在工程中推廣應(yīng)用。
