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世界级岩土理论难题被破解 或带动近3亿产值 - 中国经济周刊

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东南西北人 发表于 2015-9-24 22:13:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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中交天津港湾工程研究院教授级高级工程师黄传志
ChinaEconomicWeekly(长按复制)
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文章来源:中国经济周刊-经济网(www.ceweekly.cn

  《中国经济周刊》 记者 曹煦|天津报道

  “基础不牢,地动山摇”,不要说超级工程港珠澳大桥,就算是任何一个小码头,解决地基承载力问题都是最基础却又最重要的课题。由于岩土的复杂性,土坡稳定、地基承载力等问题,困扰着百余年来世界各地的岩土工程师。

  在这样一个相对冷僻的领域,中交天津港湾工程研究院(下称“港研院”)教授级高级工程师黄传志花了30年时间,提出了“土体广义极限平衡理论”。这一理论解决了不同类别、不同状态地基承载力的计算难题,提出的计算方法适用范围更广泛、计算结果更可靠,它可以使工程设计更科学、更完善。

  虽然该理论不直接产生经济效益,但对社会贡献不可小觑。现在,中交第一航务工程勘察设计院(下称“中交一航院”)几乎每天都在应用该理论,有近3亿的产值都与此相关。

  从理论走向实践,在中国所有水运工程设计中使用

  在黄传志的理论面世前,工程师们计算土坡稳定、地基承载力的传统方法,是根据半经验、半理论的分析确定所设计建造工程的稳定性。传统方法虽然直观方便,但却存在一个天然缺陷,那就是靠假定值估算而获得的结果并不精确。有时候,加大了安全考虑,会增加成本;有时候,对承载力估计不足,有可能会留下安全隐患。

  比如,在某深水航道治理工程中,按照传统计算方法,工程是安全的,可按照黄传志的方法计算,工程接近了安全临界状态,这样施工是不安全的。后来,这个工程在遇到寒潮极端恶劣天气的状况下,由于出现地基承载力方面的问题,造成工程结构的破坏。

  再比如,在某防波堤施工过程中,传统方法计算的结论是,按照常规施工速率,会导致工程不安全。最终,工程设计单位采取了降低施工速率的措施。这让业主和施工单位大为挠头,上百人的施工队伍因为“不安全”而窝工。可工期不等人,紧急中,他们找到了黄传志。

  黄传志用他的理论计算,确定“正常的施工速率不影响工程安全”。他主动找设计单位沟通,最终工程进展终于恢复正常,工程如期完工。如今,这条防波堤依然在茫茫大海上岿然不动。

  一项新的理论需要在实践中得到精确验证才能全面推广。据中交第一航务工程局副总工程师、港研院总工程师叶国良介绍,港研院采用“广义极限平衡理论”和传统方法对50余项实际工程资料分别进行了计算,分析结果表明,前者的计算方法比后者更为科学合理,适用条件更广泛。

  如今,在中国水运工程建设的每一项工程设计中,设计师们都根据黄传志的理论选择更加经济合理、安全可靠的设计方案。而且该项理论不仅仅适用于水运工程。

  2010年,经过专家的充分论证评审,采用“广义极限平衡理论”的边坡稳定、地基承载力的计算方法被纳入《港口工程地基规范》(JTS147-1-2010),该规范获得2012年中国水运建设行业协会科学技术奖一等奖。这标志着“广义极限平衡理论”在实践层面得到确立和肯定。

  带动近3亿产值

  随着我国港口建设深水化、大型化发展,港口建设过程中挖出的海底软土多被吹送到岸,填造土地。这既满足了港口建设的需求,增加了宝贵的国土面积,又避免了软土的乱排乱抛造成的环境污染。而吹填软土的地基处理和其上的工程建设,地基的安全稳定是非常重要的。

  随着《港口工程地基规范》(JTS147-1-2010)的颁布实施,“广义极限平衡理论”已经在大量的工程设计和建设中得到应用。

  根据该理论,港研院组织开发了“港口工程地基计算系统2008版”软件,目前已全面推广到全国各大水运工程设计院和大专院校港航专业使用,为一座座码头、桥梁、大厦的设计安全奠定坚实的理论基础。现在,中交一航院几乎每天都在用这套软件,近3亿的产值都和此软件有关。

  长期使用该软件作为设计工具的中交一航院副总工程师李元音告诉《中国经济周刊》:“广义极限平衡理论”已在国内大连港、天津港、青岛港、洋山港、广州港等沿海港口的建设中得到全面应用和验证,可以说支撑和引领了我国“十一五”以来的离岸深水港建设。

  专家点评

  天津大学岩土工程研究所所长闫澍旺:工程领域的理论探索更需要坚持和耐力

  岩土工程学科自诞生以来,一直都是以“极限平衡理论”作为解决问题的理论基础,多少年来,无数名家、智者在这方面已经殚思极虑。各种传统的计算边坡稳定的方法中,由于未知数个数多于方程个数,不得不做某些假定。黄传志提出的理论方法成功地解决了这个问题,不需要做这些容易带来误差的假定,因而成为一种精确的方法。他不但取得了理论上的创新性的成果,而且将其应用到工程设计中,使水运工程的边坡设计方法更加精确。

  在冷门学科进行理论上的探索而欲有所收获,近乎渔于竭泽、猎于沙丘,需要承受孤独和失败,需要抵御市场经济环境中的物质诱惑。而且,工程领域科学难题的解决不像解决自然科学难题那样具有轰动效应,而且认知度也比较低。竭毕生之力做一件名不彰利不厚之事,确实是需要一点精神的,探索者黄传志成功了。

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 楼主| 东南西北人 发表于 2015-9-24 22:17:30 | 显示全部楼层
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楚八怪怪 发表于 2015-9-25 06:56:02 | 显示全部楼层
理论突破,带动近三亿产值(三亿好像不是一个很大数值哦),好像有些风马牛不相及。只有理论付诸应用,或许可以估算其效益。
最主要的是,本文只是说了“广义极限平衡理论”这个名词帽子,至于这个理论是什么内容,核心是什么,如何为单位创造价值,并没有前因后果的描述。看了这个“宣传材料”,好像这个理论是更正确的分析和利用了岩土的承载力,不知道理解正确否?
希望这是一个真正有价值的创新。
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leewenbo 发表于 2015-9-25 07:16:03 | 显示全部楼层
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龙兴关外 发表于 2015-9-25 07:22:25 | 显示全部楼层
应该详细介绍一下广义极限平衡理论。
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龙兴关外 发表于 2015-9-25 07:22:53 | 显示全部楼层
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sdf916 发表于 2015-9-25 07:55:31 | 显示全部楼层
如此突破,应该普及呀!
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zyw12345671 发表于 2015-9-25 08:45:50 | 显示全部楼层
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njzhaoxm 发表于 2015-9-25 08:48:08 | 显示全部楼层
学习中
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墨泉 发表于 2015-9-25 09:34:13 | 显示全部楼层
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墨泉 发表于 2015-9-25 09:34:16 | 显示全部楼层
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zong2006 发表于 2015-9-25 10:41:12 | 显示全部楼层
极限平衡理论发展了几十年了,也有不少优化计算方法,并纳入了许多强度理论,不知这个广义广在何处.不过还是要为黄工赞一个
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zspkd 发表于 2015-9-25 13:06:35 | 显示全部楼层
这么神?!
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春天里 发表于 2015-9-26 11:33:56 | 显示全部楼层
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landslide 发表于 2015-9-26 12:48:58 来自手机 | 显示全部楼层
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:29:01 | 显示全部楼层
土体的广义位势本构理论及其工程应用
广义,就是不渉及具体概念,只是一个框架,其有确定的抽象概念,但没有确定的形象概念。由于不渉及具体概念,因此可以和任意具体概念组合形成狭义概念。例如:说到‘‘技术’’这个词,我们可能会想到科学技术、劳动技术等很多概念,但如果只说‘‘技术’’而不说具体什么技术,那么就没有意义。在这里技术这个概念就是广义概念,而具体的科学技术等,就是狭义概念。

抽象性和具体性都是相对的,不是绝对的。简单说,概念的内涵越小,则其抽象程度就越高,其外延也越大,反之亦然。比如“人”比“男人”抽象一点,而“生物”又比“人”更抽象一点,“物质”则比“生物”更抽象。
形象指能引起人的思想或感情活动的具体形态或姿态。形象在文学理论中指语言形象,即以语言为手段而形成的艺术形象,亦称文学形象。它是文学反映现实生活的一种特殊形态。也是作家的美学观念在文学作品中的创造性体现。
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:34:33 | 显示全部楼层
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:40:09 | 显示全部楼层
极限是微积分中的基础概念,它指的是变量在一定的变化过程中,从总的来说逐渐稳定的这样一种变化趋势以及所趋向的值(极限值)。极限的概念最终由柯西和魏尔斯特拉斯等人严格阐述。在现代的数学分析教科书中,几乎所有基本概念(连续、微分、积分)都是建立在极限概念的基础之上。
平衡 (汉语词语) 编辑
1.谓衡器两端承受的重量相等。
2.谓两物齐平如衡。
3.谓保持平衡;同等。
4.谓权衡国政使得其平。
5.指国务。
6.对立的各方面在数量上相等。
7.两个或两个以上的力作用于一个物体上,各个力互相抵消,使物体成相对的静止状态。亦泛指平稳,稳定。
8.哲学名词。事物处在量变阶段所显现的面貌,是绝对的、永恒的运动中所表现的暂时的、相对的静止。


哪个可以解释一下“土体广义极限平衡理论”,不要用大多数人都无法读懂的文字忽悠大家!
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:46:58 | 显示全部楼层
地基极限载荷的广义极限平衡法,将屈服函数的极值条件作为土体极限分析的基本方程之一,与平衡方程、屈服条件一起构成了一个完备的极限平衡问题(荷载边界条件问题)。由速度场与滑动面族关系的速度方程,可以建立一种新的极限分析方法----广义极限平衡法。应用广义极限平衡法获得了地基极限载荷的近似计算公式。极限载荷的极值定理与计算结果证明:只要选取的滑动面(族)接近于真实的滑动面,所得的极限载荷近似值就越接近于真解

此前国内外使用的计算地基承载力方法存在缺陷,无法具体考虑到地基中不同土质承载力的差异,只能根据经验取一个均值代入计算,结果经常出现较大偏差,带来工程的安全性问题。黄传志教授通过数十年工程实践和悉心研究发现,岩土极限平衡理论中隐含一个重要的定理:符合工程极限状态设计原则的应力状态必满足屈服函数的极值条件,并据此建立了广义极限平衡法,使工程设计计算更科学、更完善,其结果也更可靠,适用范围更广。
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:48:17 | 显示全部楼层
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:52:23 | 显示全部楼层
函数u=f(x1,x2...,xn)在条件Φ(x1,x2,...,xn)=0下的极值,称为条件极值.
即函数的自变量满足一个等式条件.
求条件极值一般需要用到拉格朗日乘数法,构造辅助函数F(x1,x2...xn,λ)=f(x1,x2,...xn)+λΦ(x1,x2,...,xn),通过求解方程组
F'|xi=0,1
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cdddd 发表于 2015-9-26 15:59:18 | 显示全部楼层
速度场(Velocity Field)是由每一时刻、每一点上的速度矢量组成的物理场。以流体为例,速度场是指流体流动前沿的矢量速度分布。空间所有各点在同一时刻的流体速度矢量分布状态。
矢量:既有大小又有方向的量。一般来说,在理学中称作矢量,在计算机中,矢量图可以无限放大永不变形。

场在数学上是指一个向量到另一个向量或数的映射。
物理学家认为动量应该存在于场之中。如此的认定让物理学家们相信电磁场是真实的存在,使得场的概念成为整个现代物理学的范式。

动量(Momentum)又称线性动量(Linear Momentum)。在经典力学中,动量(是指国际单位制中的单位为kg·m/s ,量纲MLT^(-1))表示为物体的质量和速度的乘积,是与物体的质量和速度相关的物理量,指的是运动物体的作用效果。动量也是矢量,它的方向与速度的方向相同。

向量 编辑
在数学中,几何向量(也称为欧几里得向量,通常简称向量、矢量),指具有大小(magnitude)和方向的几何对象,可以形象化地表示为带箭头的线段:箭头所指,代表向量的方向、线段长度,代表向量的大小。一个向量可以有多种记法,如记作粗体的字母(a、b、u、v),或在字母顶上加一小箭头→,或在字母下加波浪线~。如果给定向量的起点(A)和终点(B),可将向量记作AB(并于顶上加→)。给空间设一直角坐标系,也能把向量以数对形式表示,例如Oxy平面中(2,3)是一向量。
而在物理学和工程学中,几何向量更常被称为矢量。许多物理量都是矢量,比如一个物体的位移,球撞向墙而对其施加的力,等等。与之相对的是标量,即只有大小而没有方向的量。一些与向量有关的定义亦与物理概念有密切的联系,例如向量势对应于物理中的势能。
几何向量的概念在线性代数中经由抽象化,得到更一般的向量概念。此处向量定义为向量空间的元素,要注意这些抽象意义上的向量不一定以数对表示,大小和方向的概念亦不一定适用。因此,平日阅读时需按照语境来区分文中所说的"向量"是哪一种概念。不过,依然可以找出一个向量空间的基来设置坐标系,也可以透过选取恰当的定义,在向量空间上介定范数和内积,这允许我们把抽象意义上的向量类比为具体的几何向量。
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cdddd 发表于 2015-9-26 16:01:48 | 显示全部楼层
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。自然界广泛存在着四种物理场:位移(应力应变)场、电磁场、温度场和流场,对这些自然界的各种现象用最基本的物理、化学和数学等理论来描述,利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统,就是物理场仿真,又称为物理场模拟。
多物理场就是上述物理场中的两个及两个以上同时存在并且互相影响,体现在仿真研究方面就是描述各自场的偏微分方程之间存在某些变量的耦合。
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Fle_Flo 发表于 2015-9-28 09:16:25 | 显示全部楼层
且看文章:
CNKI.JPG

CKKI2.JPG

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CNKI3.JPG

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zlz1999 发表于 2021-3-3 09:35:12 | 显示全部楼层
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flyingegg 发表于 2023-3-31 01:43:22 | 显示全部楼层
楼主,支持!  
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hwf222 发表于 2023-3-31 14:01:38 | 显示全部楼层
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