基本信息
- 项目名称：
- 修正的库仑主动土压力计算方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 了寻求一种简单明了且适应边界条件较广的土压力计算方法,引入土体半无限平衡理论，改进了库仑土压力理论。通过算例对比得出了本文方法的适用性，并分析了该方法的参数敏感性。计算结果表明：本文方法土压力值与用库仑理论计算值相比误差在±5%以内，满足工程的精度要求，且在计算参数正常取值范围内，较库仑土压力原理计算值较小，可以作为库仑压力计算方法的一种等效计算法。
- 详细介绍：
- 了寻求一种简单明了且适应边界条件较广的土压力计算方法,引入土体半无限平衡理论，改进了库仑土压力理论。首先，假定了过墙踵点的假想直立墙背，基于半无限平衡条件的朗肯理论给出假想墙背的主动压应力，然后通过假想墙背与真实墙背之间楔形体的极限平衡分析，提出真实墙背的主动土压力计算方法。根据真实墙背的摩擦条件，分别推导出了两种条件下的计算公式。通过算例对比得出了本文方法的适用性，并分析了该方法的参数敏感性。计算结果表明：本文方法土压力值与用库仑理论计算值相比误差在±5%以内，满足工程的精度要求，且在计算参数正常取值范围内，较库仑土压力原理计算值较小，可以作为库仑压力计算方法的一种等效计算法。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了寻求一种简单明了且适应边界条件较广的土压力计算方法,引入土体半无限平衡理论，改进了库仑土压力理论;首先基于模型假定，然后推导了相应模型的土的主动压力计算公式，最后结合算例对比分析了本文计算方法与库仑理论的差异，分析了该方法的参数敏感性，得出了本文方法的适用性。
科学性、先进性及独特之处
- 本次研究成果完全是以所学专业理为基础，公式推导和模型假定均符合土力学基本理论原理；在分析总结了传统的库仑土压力理论与朗肯土压力的原理与其优劣性的基础上，本文模型巧妙地将两种理论的优势结合在一起，通过算例对比分析，本文方法可以作为库仑压力计算方法的一种等效的简便计算方法。
应用价值和现实意义
- 由于本文提出的土压力计算方法原理清晰、方法简便，通过算例对比，本文方法可以作为库仑压力计算方法的一种等效的简便计算方法，在实际工程中可以作为有益的参考。
学术论文摘要
- 为了寻求一种简单明了且适应边界条件较广的土压力计算方法,引入土体半无限平衡理论，改进了库仑土压力理论。首先，假定了过墙踵点的假想直立墙背，基于半无限平衡条件的朗肯理论给出假想墙背的主动压应力，然后通过假想墙背与真实墙背之间楔形体的极限平衡分析，提出真实墙背的主动土压力计算方法。根据真实墙背的摩擦条件，分别推导出了两种条件下的计算公式。通过算例对比得出了本文方法的适用性，并分析了该方法的参数敏感性。计算结果表明：本文方法土压力值与用库仑理论计算值相比误差在±5%以内，满足工程的精度要求，且在计算参数正常取值范围内，较库仑土压力原理计算值较小，可以作为库仑压力计算方法的一种等效计算法。
获奖情况
- 该作品于2010年6月在由湖北省土木建筑学会、武汉岩土工程学会、中国地质大学(武汉)工程学院等单位在中国地质大学(武汉)工程学院联合举办的第三届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛上荣获优秀学术论文二等奖，论文收录在《第三届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集》，该论文已被中文核心期刊《建筑科学》录用，等待发表。
鉴定结果
- 该作品属学生课外科研创新成果，有较高实际应用价值。
参考文献
- [1] 李兴高,刘维宁,张弥. 关于库仑土压力理论的探讨[J].岩土工程学报,2005,27(6):677-681. [2] 朱传培. 库仑土压系数简易计算法[J].岩土力学.2007,28（9）：1789-1795 [3] 赵同彬,谭云亮,王虹等.挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析[J].岩土力学.2007,28(9):1170-1174 [4] 顾晓鲁，钱鸿晋．地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
同类课题研究水平概述
- 在工程领域，凡是涉及到土压力计算问题，大多是采取沿用至今的朗肯(Rankine)土压力理论和库仑（Coulomb ）土压力理论，这两种理论都是基于对复杂的边界条件的简化的前提下给出的计算方法，导致与实际工况难免存在一定的误差。基于此种情况，国内外学者在以上理论的基础上做了一些有益的探索。李兴高、刘维宁等人以滑动体静力平衡的力的平衡方程为基础，引入Lagrange 乘子，将主动土压力和被动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题，进而结合问题图形中的几何关系进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用Matlab6.1 优化工具箱提供的fmincon 函数进行求解。在确定了主动土压力和被动土压力的大小后，利用滑动体静力平衡的力矩平衡方程计算力的作用点在墙体的相对位置。在本文中，土体沿平面滑动破坏是由理论推导得出的结论，土压力大小的结果与库仑土压力理论完全一致，但土压力作用点在墙体的相对位置却并非总是作用在墙高的1/3 处。陈英杰、孟德亮等人本文分析了运用库仑土压力理论计算回填土墙的土体侧压力的计算值与实际值之间产生误差的原因，并根据实际测试结果提出了库仑土压力计算公式的修正系数。王奎华、 马少俊等人基于库仑理论的平面滑裂面假设,考虑滑裂面上填土黏聚力及填土与挡土墙墙背接触面上的黏着力,推导出了黏性土或无黏性土的土压力关于破裂面倾角的计算表达式,并在经典朗肯和库仑土压力条件下,将公式退化对比,表明此方法涵盖了经典朗肯和库仑土压力理论. 运用计算机程序绘制了土压力关于滑裂面倾角的函数图,可以容易地确定土压力的极限值,并求得相应的滑裂面倾角。通过算例比较各类土压力方法的计算结果,表明本文方法应用范围广,精度可靠,易于在工程中推广应用。
