導語：土工試驗研究分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

眾所周知，微軟公司的Word軟件在文字處理方面功能強大，已廣泛應用于科學研究的各個領域。但Word本身不具備數(shù)據(jù)運算功能，繪圖功能也有限。Matlab是MathWorks公司推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。它是一個高度集成的系統(tǒng)，集科學計算、圖像處理、聲音處理于一體，具有極高的編程效率。如何把Matlab的數(shù)值處理和繪圖功能與Word結(jié)合起來，擴展Word的功能，使二者能協(xié)調(diào)地進行工作，本文將就此問題作一探討(以Matlab6.5和Word2002為例)。

在土工試驗的數(shù)據(jù)處理過程中，經(jīng)常需要用圖形法來描述試驗結(jié)果，然后通過查圖法來求得所需試驗參數(shù)，例如在土的顆粒分析試驗中，需要繪制級配曲線來確定土料的限制粒徑和有效粒徑以及，從而計算土的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)；在土的擊實試驗中，需要用擊實曲線來體現(xiàn)試驗結(jié)果，通過查圖找出最大干密度和最優(yōu)含水率；在土的三軸試驗中，需要繪制摩爾圓來確定土的凝聚力C和內(nèi)摩擦角φ。以前的處理方法是手工繪制或使用EXCEL工具中的圖表功能，但是僅局限于其圖形功能，而不能進行數(shù)值計算，相應的數(shù)值計算則需要人工進行。MATLAB不僅提供了圖形功能，還增加了計算功能，使數(shù)據(jù)處理工作進一步簡化。

2Matlab和Word的鏈接

2.1安裝MatlabNotebook

有兩種方法：一種是從Matlab系統(tǒng)中安裝：首先啟動Matlab6.5，在命令窗口運行函數(shù)命令“notebook-setup”(中間有一空格)?；剀嚭竺畲翱诔霈F(xiàn)如下提示：

>>Notebook-setup

WelcometotheutilityforsettinguptheMATLABNotebookforinterfacingMATLABtoMicrosoftWord(歡迎建立MatlabNotebook與Word的公用程序)

ChooseyourversionofMicrosoftWord：(選擇你所使用的Word版本)

[1]MicrosoftWord97

[2]MicrosoftWord2OOO

[3]MicrosoftWord2002(XP)

[4]Exit，makingnochanges

MicrosoftWordVersion：3(我們這里選擇3)

然后命令窗口出現(xiàn)如下提示：

Notebooksetupiscomplete．(MatlabNotebook安裝完成)

另一種方式是把C：/Matlab6p5/notebook/pc/M_book.dot文件直接拷貝到C：/ProgramFiles/Microsoftoffice/office10/2052目錄下。

Matlab與Word互相調(diào)用的方法：(也可以作為安裝是否成功的檢測方法)

(1)在Matlab中調(diào)用Word：在Matlab命令窗口直接輸入notebook命令，系統(tǒng)會自動啟動Word，其主菜單欄中將增加Notebook一欄。

(2)在Word中調(diào)用Matlab：啟動Word，然后選擇“文件”菜單下的“新建”，在“根據(jù)模板新建”中選擇“通用模板”，然后選擇M-book文檔。按確定后系統(tǒng)會自動啟動Matlab。

2.2Notebook的使用指令

Notebook某種意義上即是Word中的M-book，Notebook是通過動態(tài)連接庫和Matlab交互的，交互的基本單位稱為細胞(Cel1)。交換的信息，稱為“細胞(群)”。M-book需要把在Word中輸入的Matlab命令或者語句組成細胞(群)，傳送到Matlab中運行，運行輸出結(jié)果再以細胞(群)的方式傳送回M-book中。這樣Word中的輸入細胞(群)下面會出現(xiàn)計算結(jié)果以及仿真圖形。

“輸入細胞”是由M-book傳送給Matlab的命令，可以多行，也可以是包含在文本中的命令或者一段Matlab程序?！拜敵黾毎笔怯蒑atlab回傳給M-book的計算結(jié)果?！白曰罴毎笔怯肹Notebook]菜單中[DefineAutoInitCel1]命令定義的輸入細胞，它和輸入細胞不同之處是：每次打開M-book時會自動運行自活細胞，而不會運行輸入細胞；自活細胞字符用深藍色標注，而輸入細胞用綠色標注。“細胞群”是包含多句Matlab命令的多行輸入細胞或自活細胞。

生成輸入細胞：在Word中，用文本格式輸入指令，然后選中該部分，在[Notebook]菜單中用[DefineInputCel1]命令，這樣M-book會把普通文本生成“輸入細胞”，并用黑色括號把指令括起來，指令變?yōu)榫G色字體。

然后在[Notebook]菜單中用[EvaluateCell]選項，可以實現(xiàn)把生成細胞傳送到Matlab中運算，運算結(jié)果會自動回傳到M—book中，運算結(jié)果為藍色標識。細胞群和細胞的操作相似。

Notebook還提供了計算區(qū)(CalcZone)，它把M-book分成幾個相互獨立的部分，包括：描述一個特定問題或特定操作文本，輸入細胞，輸出細胞。當定義一個計算區(qū)時，Notebook將該部分和M-book其它部分獨立出來，它的定義以及運行和輸入細胞的操作相似。

Notebook還提供了細胞的循環(huán)運行，首先選定欲重復運行的輸入細胞(一定要是綠色細胞)，接著在[Notebook]菜單中選[EvaluateLoop]選項。[Notebook]菜單功能如下表l所示。

表1Notebook菜單功能

菜單項

快捷鍵

功能

DefineInputCell

Alt+I

定義輸入細胞

DefineAutoInitCell

Alt+A

定義自活細胞

DefineCalcZone

Alt+Z

定義計算區(qū)

UndefineCells

Alt+U

將細胞轉(zhuǎn)為文本

PurgeSelectedOutputCells

Alt+P

從所選篇幅中刪除所有輸出細胞

GroupCells

Alt+G

生成細胞群

UngroupCells

將細胞群轉(zhuǎn)換為輸入細胞和自活細胞

Hide(Show)CellsMarkers

Alt+C

顯示（隱藏）生成細胞中的中括號

ToggleGraphOutputforCell

是否嵌入生成圖形

EvaluateM-book

Alt+R

運行整個M-book中的所有輸入細胞

EvaluateLoop

Alt+L

多次運行輸入細胞

EvaluateCell

Ctrl+Enter

運行輸入細胞

EvaluateCalcZone

Alt+Enter

運行計算區(qū)

BringMATLABtoFront

Alt+F

將MATLAB命令窗口調(diào)到前臺

NotebookOptions…

Alt+O

設置數(shù)值和圖形輸出格式

3MATLAB軟件在土工試驗中的應用

3.1圖形的形成

顆粒分析試驗是測定干土中各種粒組所占該土總質(zhì)量的百分數(shù)的方法，借以明了顆粒大小分布情況，供土的分類及概略判斷土的工程性質(zhì)及選料之用。其試驗結(jié)果需要提供級配曲線、不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)。表2為一組顆粒分析試驗測定值：

表2土料級配

顆粒直徑（mm）

0.1

0.05

0.02

0.01

0.005

0.001

顆粒含量（％）

100

94.68

72.10

41.82

27.13

11.69

在使用MATLAB軟件進行資料處理時，首先調(diào)用已有的數(shù)據(jù)文件，把顆粒直徑數(shù)組附值給x，把對應的百分含量數(shù)組附值給y，對顆粒直徑取對數(shù)，建立關(guān)于顆粒直徑的對數(shù)與小于該粒徑的百分含量的三次樣條函數(shù)關(guān)系，在給定的粒徑范圍內(nèi)，細化粒徑數(shù)組，對于給定的取對數(shù)后的顆粒直徑求解其對應的百分含量，進行內(nèi)插，然后利用MATLAB的圖形功能在半對數(shù)坐標中繪制級配曲線(包括試驗數(shù)據(jù)(虛線)和三次樣條曲線(實線))。操作過程如下：在安裝好Notebook后，啟動Word，然后選擇“文件”菜單下的“新建”，在“根據(jù)模板新建”中選擇“通用模板”，然后選擇“M—book文檔”，按“確定”后Matlab就會自動啟動，Notebook即可使用。

在M—book輸入如下內(nèi)容：

x=[0.10.050.020.010.0050.001];

y=[10094.6872.1041.8227.1311.69];

x1=log10(x);

y1=y;

xx=-3.0:0.04:-1;

pp=spline(x1,y1);%三次樣條插值

y2=ppval(pp,xx);%分段多項式估計函數(shù)

x2=10.^xx;

semilogx(x,y,''''--'''',x2,y2)

xlabel(''''顆粒直徑（mm）'''')

ylabel(''''小于某粒徑之百分含量（％）'''')

title(''''級配曲線'''')

選中這些文字，在[Notebook]菜單中選用[DefineInputCel1]，然后選用[EvaluateCel1]，即可在Word中繪出圖1所示圖形。

3.2參數(shù)計算

通過上述過程．生成了該土料的級配曲線，而試驗提供的各項參數(shù)則需要通過計算求得。利用MATLAB軟件提供的函數(shù)功能對已經(jīng)形成的三次樣條曲線重新建立關(guān)于小于某粒徑的百分含量與顆粒直徑的對數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，即原函數(shù)的反函數(shù)，求解給定含量所對應的顆粒直徑的對數(shù)值，并將其還原，分別計算，然后利用公式：

計算不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)。

在M-book輸入如下內(nèi)容：

pp=spline(y2,xx);

x10=ppval(pp,10);

d10=10^x10

x30=ppval(pp,30);

d30=10^x30

x60=ppval(pp,60);

d60=10^x60

Cu=d60/d10

Cc=d30^2/(d60*d10)

選中這些文字，在[Notebook]菜單中選用[DefineInputCel1]，然后選用[EvaluateCel1]，則可在Word中直接計算并輸出結(jié)果：d10=9.4293e-004，d30=0.0063，d60=0.0152，Cu=16.1330，Cc=2.7415

通過以上過程，利用MATLAB程序設計語言在Word中完成了對土的顆粒分析試驗的數(shù)據(jù)處理過程。

4結(jié)語與說明

把Matlab6.5和Word結(jié)合，充分利用兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)軟件的“強強聯(lián)合”，會給我們在撰寫科技報告，論文、專著以及電子教案時提供了很大的方便，程序、計算結(jié)果以及仿真出的圖形都可以同時在Word文檔中，并且可以隨時修改計算命令，隨時計算并繪制圖形。當然，它也存在一些不足，如帶鼠標的圖形交互指令不能在M-book文檔中運行，Matlab指令在M-book文檔中運行速度較慢等。

MATLAB最重要的特點是易于擴展。它允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構(gòu)成適合于其它領域的工具箱。對于一個從事特定領域工作的工程師，不僅可利用MATLAB所提供的函數(shù)及基本工具箱函數(shù)，而且可以方便地構(gòu)造出專用的函數(shù)，從而大大擴展了其應用范圍。MATLAB語言具有強大的圖形及計算功能，尤其是在矩陣運算方面更是如此。本文所涉及的內(nèi)容僅是其中很少的一部分。如果能建立一個數(shù)字模擬系統(tǒng)來模擬土工試驗，將會產(chǎn)生極大的影響。

參考文獻：

[1]張養(yǎng)安、劉林章，MATLAB軟件在數(shù)據(jù)處理中的應用，水土保持研究，2005年8月.

[2]姜長元，Matlab和Word的鏈接及應用，洛陽師范學院學報，2005年第二期.

[3]王沫然編著，MATLAB與科學計算（第二版），電子工業(yè)出版.

[4]張伯平、黨進謙編著，土力學與地基基礎，西安地圖出版社，3－6.