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基本信息
- 項目名稱：
- 修正的庫侖主動土壓力計算方法
- 小類：
- 機械與控制
- 簡介：
- 了尋求一種簡單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計算方法,引入土體半無限平衡理論，改進(jìn)了庫侖土壓力理論。通過算例對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。計算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫侖理論計算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫侖土壓力原理計算值較小，可以作為庫侖壓力計算方法的一種等效計算法。
- 詳細(xì)介紹：
- 了尋求一種簡單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計算方法,引入土體半無限平衡理論，改進(jìn)了庫侖土壓力理論。首先，假定了過墻踵點的假想直立墻背，基于半無限平衡條件的朗肯理論給出假想墻背的主動壓應(yīng)力，然后通過假想墻背與真實墻背之間楔形體的極限平衡分析，提出真實墻背的主動土壓力計算方法。根據(jù)真實墻背的摩擦條件，分別推導(dǎo)出了兩種條件下的計算公式。通過算例對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。計算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫侖理論計算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫侖土壓力原理計算值較小，可以作為庫侖壓力計算方法的一種等效計算法。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為了尋求一種簡單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計算方法,引入土體半無限平衡理論，改進(jìn)了庫侖土壓力理論;首先基于模型假定，然后推導(dǎo)了相應(yīng)模型的土的主動壓力計算公式，最后結(jié)合算例對比分析了本文計算方法與庫侖理論的差異，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)性及獨特之處
- 本次研究成果完全是以所學(xué)專業(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)勢結(jié)合在一起，通過算例對比分析，本文方法可以作為庫侖壓力計算方法的一種等效的簡便計算方法。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 由于本文提出的土壓力計算方法原理清晰、方法簡便，通過算例對比，本文方法可以作為庫侖壓力計算方法的一種等效的簡便計算方法，在實際工程中可以作為有益的參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了尋求一種簡單明了且適應(yīng)邊界條件較廣的土壓力計算方法,引入土體半無限平衡理論，改進(jìn)了庫侖土壓力理論。首先，假定了過墻踵點的假想直立墻背，基于半無限平衡條件的朗肯理論給出假想墻背的主動壓應(yīng)力，然后通過假想墻背與真實墻背之間楔形體的極限平衡分析，提出真實墻背的主動土壓力計算方法。根據(jù)真實墻背的摩擦條件，分別推導(dǎo)出了兩種條件下的計算公式。通過算例對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。計算結(jié)果表明：本文方法土壓力值與用庫侖理論計算值相比誤差在±5%以內(nèi)，滿足工程的精度要求，且在計算參數(shù)正常取值范圍內(nèi)，較庫侖土壓力原理計算值較小，可以作為庫侖壓力計算方法的一種等效計算法。
獲獎情況
- 該作品于2010年6月在由湖北省土木建筑學(xué)會、武漢巖土工程學(xué)會、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院等單位在中國地質(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，論文收錄在《第三屆湖北省土木工程專業(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
- 該作品屬學(xué)生課外科研創(chuàng)新成果，有較高實際應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
- [1] 李興高,劉維寧,張彌. 關(guān)于庫侖土壓力理論的探討[J].巖土工程學(xué)報,2005,27(6):677-681. [2] 朱傳培. 庫侖土壓系數(shù)簡易計算法[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，錢鴻晉．地基與基礎(chǔ)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.
同類課題研究水平概述
- 在工程領(lǐng)域，凡是涉及到土壓力計算問題，大多是采取沿用至今的朗肯(Rankine)土壓力理論和庫侖（Coulomb ）土壓力理論，這兩種理論都是基于對復(fù)雜的邊界條件的簡化的前提下給出的計算方法，導(dǎo)致與實際工況難免存在一定的誤差?；诖朔N情況，國內(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、劉維寧等人以滑動體靜力平衡的力的平衡方程為基礎(chǔ)，引入Lagrange 乘子，將主動土壓力和被動土壓力問題轉(zhuǎn)化為確定含有兩個函數(shù)自變量的泛函極值問題，進(jìn)而結(jié)合問題圖形中的幾何關(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。在確定了主動土壓力和被動土壓力的大小后，利用滑動體靜力平衡的力矩平衡方程計算力的作用點在墻體的相對位置。在本文中，土體沿平面滑動破壞是由理論推導(dǎo)得出的結(jié)論，土壓力大小的結(jié)果與庫侖土壓力理論完全一致，但土壓力作用點在墻體的相對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用庫侖土壓力理論計算回填土墻的土體側(cè)壓力的計算值與實際值之間產(chǎn)生誤差的原因，并根據(jù)實際測試結(jié)果提出了庫侖土壓力計算公式的修正系數(shù)。王奎華、 馬少俊等人基于庫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)出了黏性土或無黏性土的土壓力關(guān)于破裂面傾角的計算表達(dá)式,并在經(jīng)典朗肯和庫侖土壓力條件下,將公式退化對比,表明此方法涵蓋了經(jīng)典朗肯和庫侖土壓力理論. 運用計算機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。通過算例比較各類土壓力方法的計算結(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。
