文献阅读报告

文献阅读：路基硬壳层承载特性综述 1、引言  铁路作为我国当前运输体系中的骨干，在交通运输系统中占有举足轻重的位置，它与我们的生活息息相关，在我国的经济社会发展发挥着无可替代的作用。而近些年发展起来的高速铁路已经成为许多国家旅客运输发展的共同趋势。中国的高速铁路的建设始于1999年所兴建的秦沈客运专线，经过10多年建设和对既有铁路的高速化改造，目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网，而且未来几年中国高铁建设将进入全面收获期。按照国家2008年最新修订的《中长期铁路规划网》和当前的建设进度，到2012年，中国高速铁路总里程将超过1.3万公里，到2020年，将达到1.6万公里以上[1]，可见我国己经进入了一个高速铁路蓬勃高速发展的新时期。在大规模的铁路建设中遇到软土硬壳层问题时，由于对硬壳层性质了解不够，没有掌握硬壳层软土地基的工程特性，现在工程中一般还是采用软土地基处理办法处理，如软土换填或砂井固结排水法等。换填不但成本高且不利于环境保护，砂井固结排水法人为地破坏了硬壳层，不一定达到预期效果。由于硬壳层的层厚一般较薄，目前地基处理在设计和施工中对软土硬壳层的利用潜能认识也有待加强，实际工程中常使工程人员感到棘手—不用可惜，用之担心。硬壳层在各方面性质较其下软土的性质要好:含水量和孔隙比要小，中等压缩或低压缩性，胶结结构性强，密度大，变形模量和承载力较大。所以对于在路基工程中碰到有软土硬壳层的地基时，就要根据具体的地质情况和道路等级作适当的处理，一味地忽略软土硬壳层的利用价值会增加施工费用、延长施工工期及硬壳层的功能浪费;而过度依赖软土硬壳层的功效可能会造成严重的后果，如过大的工后沉降、路基的承载力不足等一系列问题。还有一个重要问题就是我国很多已有铁路由于年数较长逐渐进入老化待修期，表现为路基浸蚀，承载力下降，路基下翻冒泥，轻则影响铁路运营，影响旅客的舒适性，重则导致轨道的几何形位难以长期保持，产生脱轨、掉道等行车事故的多发，从而致使铁路运营的停止，不得不进行大整修。究其路基破坏的原因，也不过就是路基下硬壳改良层承载力不足，软弱下卧层对来自上部的应力扩散能力下降所致，从而引起铁路沉降量大幅度增加，影响运营。因此研究路基硬壳层的承载特性在铁路建设中具有重要理论意义和使用价值。 2、硬壳层的形成 软土地基顶面通常都存在一个硬壳层，这是因为沉积土层的表面暴露在空气中时，产生了一系列的变化过程，这些过程既有物理变化，也有化学变化，甚至于物理化学变化。当软粘土其表面暴露到空气中时，由于蒸发失水，引起地下水位下降，有效应力增加，孔隙比减少，而后经过雨水的淋滤及不断的物理化学变化，形成不同于下部土层，但与下部土层成渐变的硬壳层。在干硬壳下面，化学风化作用结合淋滤作用形成一个风化带，通常将不排水抗剪强度达到最小值的那个深度作为是风化带的底部。干硬壳的厚度主要由气候条件(例如潮湿或干燥的气候)以及地下水位的高度季节性升降所决定，风化带的深度受粘性土渗透性的影响。在工程术语中，往往把干硬壳和风化带一起称为风化壳或简称为硬壳。这种硬壳层胶结结构性强，呈中等压缩性，面积广大，与土基密切联结，具有很好的承载作用。其成因主要有如下几种类型： 2.1地下水位下降成因 由于软粘土层地下藏水丰富，地下水的上升下降时有发生，当河流改线、或者风吹日晒使得水分蒸发，造成地下水位降低后，土体的有效应力增加，产生土体固结，使孔隙比减小。如下图（a)(b)所示： 软土地基中某点p上覆土层厚度z，，在漫长的沉积历程中，它将沿 (垂直方向的有效应力)图(b)的曲线进行。在沉积停止后的某时间，水面降至土层顶面,但这种降低对p点的有效应力不产生任何影响。然而，随着地下水位降至 深度，则p点的 关系将沿图(b)的曲线2变动，其垂直方向有效应力将达到最大值 。若地下水位又上升至 处，则p点将沿曲线3变化，而竖向有效应力变为 。因此，即使地下水位又上升，但固结已部分完成，孔隙比减少△e。实际土层的应力历史将比上述过程更为复杂。总之，对软土层的固结及强度增长起重要作用的是最深水位 ，及稳定固结时间和目前地下水位深度 。土中任意一点p的最大有效应力 等于总的覆盖压力减去p点的水头，即: 现有的竖向有效应力 为 式中： ————点地表下深度； ————过去最深水位； ————目前水位； ————饱和土重度 ————水的重度 ————土的浮重度 有效应力增长与现有的竖向有效应力之比为： 越大，比值越小。从上式可以看出，地下水位变化，对表部土层的固结影响较 大，随深度增加，影响减小。 内陆沉积软土之上的硬壳层大多由地下水位成因而来，由于内陆地下水位较深，气候炎热地区土中水分蒸发，地下水位的下降时有发生，含水量逐渐降低，有效固结应力逐渐增强，干燥后表面土层所形成的硬壳较厚、强度较高。滨海沉积软土之上的硬壳层和谷地沉积软土之上的硬壳层也有较多是与此相类似原因形成，但工程性质有较大差异。滨海沉积软土之上的硬壳层，多是受海浪岸流及潮汐的动水压力作用而形成，厚度比较薄，强度较低;谷地沉积软土之上的硬壳层，不但其成分复杂，厚度变化大。当地的气候条件和地下水位高低也成为影响硬壳层厚度的重要原因。 硬壳层越厚、气候越炎热干燥，则地表易产生裂纹，导致雨水入渗通畅并提高孔隙水含氧量，使化学风化及淋滤等作用在地下较深部位进行。河北省地质局水文地质观测总站用控制水位埋深的土面蒸发皿观测的结果表明:地下水位埋深越浅，软土面水份得蒸发越大，潜水位埋深大于约2m后蒸发很困难，所以蒸发方式形成的硬壳层厚一般固定在1.3m一2.0m，而地下水位沉降形成的硬壳层厚度甚至可达4m以上。 2.2化学风化成因 化学风化既能在水下也能在地面上发生，但是一旦软粘土沉积表面上升到水面以上，风化作用立即加剧。土层顶部的风化由含有溶氧的雨水渗透所引起，因此风化的深度由渗透深度和孔隙水的含氧量所决定。有两种基本的决定风化结果的变化过程:一是矿物的分解;二是离子交换。控制这两个变化过程的方向和速率的环境因素是酸度值(pH值)，氧化还原电势(风)和温度。譬如说海相软土硬壳层形成时，软土中的孔隙水，最初的离子成分主要是 、 、 和 离子，以Na‘离子最多。如果含有二氧化碳的渗透雨水进入这种软粘土，pH值就会减小。由于有机物质分解产生腐殖酸，pH值减小得更多。在低PH值的条件下，粘土中的矿物受到侵蚀，接着开始分解，并释放出离子，离子进到了孔隙水中。例如，从绿泥石(海相粘土中最不稳定的矿物)中释放出 离子，及 、 离子，从分解的长石和云母中释放出 离子。这些离子一旦被释放到孔隙水中，就可作为粘土颗粒双电扩散层中的交换离子。如果由于长石和伊利石的分解使尤离子的浓度增加，则K+离子就能取代置换能力弱的Na+离子。同样，多价离子(如 、 、 、 、 )可以置换单价离子，减少了负电性，从而减少了排斥力，减少了双电层厚度，增加了胶体粒子间的结合力。由矿物分解释放的 、 离子和 离子可以形成氢氧化物的沉淀，起着粘结剂的作用。其中 离子在硬壳层中会被氧化成 离子，后者也以氢氧化物的形式较牢固地结合在一起。在软土中形成连接致密的土壤结构物即硬壳层。 2.3胶结成因 一般来说风化产物可以生成胶结物质。所谓胶结作用是指胶结物质将不同骨架颗粒豁结在一起，形成具有一定结构联接力的某种结构，这种将骨架颗粒勃结在一起的物质统称为胶结物质，它们可以是非常细小的粘土矿物颗粒，可以是盐类、有机质，更重要的是游离氧化物如硅、铁、铝等。 胶结是一种成岩过程，它的产生取决于软粘土沉积期所存在的物质。胶结粘土含有由强联结结合在一起的颗粒，这种联结具有与非胶结粘土不同的特性，在非胶结粘土中占优势的为“有效摩擦力”和“有效粘聚力”所产生的联结。胶结作用甚至表现为很大的抗拉强度或粘聚力。胶结作用增加了粘土结构的强度，并表现为较高的原状土强度与临界压力的增加。胶结成因作用的大小与土的结构构造、土的颗粒组成等因素紧密相关。 2.4淋滤成因 淋滤是从软土层剖面中排除如可溶盐之类易溶物质的过程。这种过程可以在水力梯度下发生，带走部分长石、云母风化而成的粘土微粒，同时石英颗粒则大部分保留下来，使得硬壳层石英砂砾明显增加，并且分布不均匀，砂砾间粘结较差、塑性差，土体呈花斑状、网纹状结构，土质较坚硬。淋滤主要由雨水引起，随着雨水的不断冲刷和下渗，靠近地表的土层含盐量较低，随深度增加而有一定量的递增，直到基本不变。淋滤可减少液限，但塑限则下降不多，因此塑性指数减小，而含水量变化很小，因此被淋滤原状软土的强度下降。但对上部硬壳层来说，淋滤作用虽然使原状土强度减小，但减小非常小，因此影响不是太大，淋滤作用主要改变硬壳层土类的组成成分。各种不同成因形成的硬壳层工程特性也不同，譬如说内陆地下水位较深，地下水位以上土层中的水分蒸发、阳光照射的长期作用干燥作用所形成的硬壳较厚，强度也较高;而海滨沉积的软土之上的硬壳，多是受海浪岸流及潮汐的动水压力作用而形成，厚度就比较薄，并且强度也较低。故对各种硬壳层的研究意义也是相当重要。硬壳层厚度和强度的影响因素除上述因素外，比较重要的还有气候条件、土的结构构造及颗 粒组成等。 3、硬壳层的作用分析 从国内外大量研究与工程实践中可以看出，硬壳层对减小软土地基沉降，控制地基不均匀变形，维持地基整体稳定是有利的，在硬壳层上填筑路基的沉降变形规律也不同于一般的软土路基。经过大量的理论研究与工程实践，国内外学者已经达成一定的的共识，即硬壳层对其下的软土主要具有四个方面的作用。 3.1硬壳层的应力扩散作用 由于硬壳层具有板体承载方式，使得基底处的附加压力向下传播时被扩散到较大面积的软土上，这使得软土层上的实际附加应力比按传统扩散方法得出的结果更低，且分布的面积更大，更加均匀。 3.2硬壳层的封闭作用 硬壳层像一种板体覆盖在厚度较大的软土层上，在荷载作用下，附加应力通过硬壳层向软上层传递，由于下部的软土流动性相对较好，此时软土层由于受到外力作用将向周围挤压，但是由于表面硬壳层却限制了软土的挤出和鼓起，那么软土层如果要发生剪切变形将需要较大的外荷载。在这个过程中，软土地基中的的应力分布发生了变化，地基中产生了较大的水平压力，这即是硬壳层的封闭作用。 3.3硬壳层的反压护道作用 在路堤填筑后期，随着路基中心部位土压力增加，比较平稳的坡脚外侧的土压力也开始增加，这是由于软土层的压缩而产生的侧向挤出对其上的硬壳层形成了向上的作用力，表明硬壳层在此时起反压护道的作用。 3.4硬壳层的沉降滞后作用 关于硬壳层作用的另一看法是硬壳层对沉降的滞后作用，它延缓了沉降速率，对沉降不利，可以明显减少工后沉降。 4、国内外研究现状 硬壳层地基又称之天然双层地基，根源于日本60年代的复合地基一词。基于硬壳层这种上硬下软的双层地基，国内外主要从双层地基理论、模型试验、工程实践、数值模拟究、工程利用等五个方面研究双层地基的应力应变机理、工程特性及利用技术等。 早在1885年法国数学家布辛奈斯克解(J.Boussines）用弹性理论推导了在半无限空间弹性体表面作用有竖向集中力p时，弹性体内任一点引起的应力解析解。后来O.K.弗洛利 希(Froehlieh， 1942)引入集中系数v，对Boussinesq应力解析解进行了修正。集中系数v用来反映土体的强度、硬度对应力分布的影响。竖直均布线荷载作用下，地基内一点的附加应力弹性解由弗拉曼(Flamant)给出。事实证明Boussinesq解、Flamant解及其各种推导修正公式适用于弹性、轴对称、各向同性及均匀土层条件，对于地基成层土则不太适用。 Burmist(1943、1945)假定每一层土均为弹性、各向同性、轴对称和半无限体，提出了一种线性解析解用于计算含两层或三层的成层弹性地基土的应力和位移，给出了圆形面积上受有均布荷载时成层地基土的应力和位移。从那以后，适用于不同荷载分布形式和边界条件下的成层地基土应力和位移计算的线性解析解和数值模型相继被提出。然而，对于土层力学特性差异很大的成层土地基，尤其土的应力应变关系为非线性时建立线性解析解是极为复杂和困难的。常用应力系数法、当层法、应力扩散角法等确定双层地基中下卧层中的应力。最早详尽研究层状地基的毕奥(Biot，1935)及伯米斯特(Burmister，1945)等，他们根据各土层交界处的四个连续条件和边界条件，通过联立方程组确定各土层微分方程解答中的任意常数，从而确定圆形荷载作用下的地基位移和应力，该法求解比较麻烦，当层数较多时计算工作量非常大。Bufler(1971)和Bahar(1972)各自独立地提出了传递矩阵法，利用Cayley--Hamiton定 理，分别对二维和三维的各向同性弹性层推出了它们的传递矩阵。Reddy和Srinivasan通过假定各向异性粘土强度遵循Casagrande--Carilfo关系给出了层状饱和各向异性的双层粘土地基的承载力公式，并推导了凡从(L)的确定方法。 基于硬壳层壳体效应、封闭作用的工程特性，我国的王晓谋应用土力学理论和叠加原理，深入分析了软土地基上硬壳层的作用，推导出考虑硬壳层厚度和强度影响的软土地基临塑荷载计算公式，并提出了该公式计算结果的最大值界限[81。问延煦在分析了硬壳层对下卧软土层的封闭作用和扩散作用的基础上，运用等效原理，推导了能考虑这两种作用的软土地基临塑荷载计算公式。同时通过对封闭作用产生机理的分析，指出传统的弹性力学分析方法无法考虑封闭作用对软土地基临塑荷载的影响； 郝传毅通过分析国内外大量试验研究资料，研究了软土硬壳层地基的应力分布以及承载变形特性，并提出了以硬壳层内的应力集中程度作为主要特征的软土硬壳层地基的三个承载变形阶段，同时针对如何各个阶段提出了合理的利用措施；王晓谋通过理论分析法研究了硬壳层对于软土路基的特殊作用，推导出了考 虑硬壳层厚度和强度的软土地基临塑荷载计算公式[41]，并提出了该公式中硬壳层的厚度度、变形模量以及路堤等效荷载的宽度对于软土硬壳层地基中竖向附加应力的影响，并计算得到了考虑以上影响因素的应力扩散角。其研究结果表明：软硬壳层土路基中的竖向附加应力扩散范围随着硬壳层的厚度以及变形模量增大而扩大；同时，当其厚度以及变形模量一定时，随荷载作用宽度的增加，竖向附加应力的扩散作用在减小。 综上所述，国内外对软土硬壳层的利用都给予了一定的重视，并在理论和实践上取得了不少的成果。综合国内外学者对软土地基上硬壳层的作用进行的研究，可以得到这样一个共识，即硬壳层可以扩散应力，减少地基沉降及水平位移，对地基的稳定是有利的。 5、硬壳层路基的破坏模式 太沙基最早开始了对于地基破坏模式的研究，并通过试验方法提出了两种典型的破坏形式，分别为整体剪切破坏以及局部剪切破坏，此后，魏锡克经过研究又提出了刺入式剪切破坏。格尔谢万偌夫根据载荷试验所得结果，提出了地基破坏的过程经历三个阶段：压密阶段、剪切阶段和破坏阶段。以上地基破坏形式的提出都是在地基所受载荷为刚性载荷的前提下，而对于作为柔性载荷的路堤作用下地基的破坏模式的研究较少。 杨果林通过大量的室内模型试验[26]~[271，研究了带有软弱下卧层的双层地基的变形特性以及受力特性。指出软土硬壳层地基的破坏模式并非整体剪切破坏而是刺入式剪切破坏。同时，提出了软土硬壳层地基极限承载力的经验公式，同时还提出了考虑反压护道，应力扩散以及剪切面的摩阻力等综合作用下的软土硬壳层地基承载力的计算公式。 费涵昌基于实际工程，通过有限元分析和离心机模型试验，研究了带有软弱下卧层双层地基的变形特性，同时分析了持力层土层厚度及模量对地基沉降的影响。结果表明持力层越厚，模量越大，与下卧层模量比越小，沉降变形越小，反之则越大。 姜谙男等基于极限分析方法和快速拉格朗日数值方法，研究了含有下卧层地基的加载破坏过程。试验结果表明，含弱层下卧层的地基的破坏并不是整体同时.发生的，而是分别由加载板表面两侧和下卧软土层展开，具体型式还与荷载宽度有关，当宽度很大，上土层逐渐向下呈"V"字型发展，如果路基宽度B很小，则上层地基塑性区连成整体后继续向下发展。与此同时，下卧层也快速向两边扩展，直到上下塑性区贯通，形成以下卧弱层为主体的滑动面。 6.常用的研究方法 6.1模型试验研究 Meyethof(1974)和HaIma(1980)基于室内模型试验结果，通过假定地基发生上部冲剪后下部整体剪切的破坏模式给出了上硬下软层状 土的半经验承载力计算公式，并给出了承载力系数的计算图表。 唐建中(1993)在中国建筑科学研究院地基所试验室进行了6组地基模拟载荷试验，总结了双层地基应力扩散的基本形式，并通过双层地基的实际应力扩散情况和压力扩散角的推算值，考察双层地基压力扩散角的变化规律，继而提出了广义双层地基的概念。杨果林(1995，1996，1998)基于硬壳层的应力扩散作用对硬壳层软土地基的极限承载力进行了8组室内模型试验，以大量的数据为基础，揭示了含软弱下卧层的双层地基的变形特性、承载特性、界面附加应力分布规律及荷载一变形一时间的关系。表明硬壳层软土地基破坏模式为刺入剪切破坏，并非整体剪切破坏，不宜用假定滑动面求解其极限承载力;并提出了考虑反压护道作用，应力扩散作用以及剪切面的摩擦阻力等作用下的硬壳层地基承载力计算公式;揭示了硬壳层软土地基中界面附加应力的分布规律，界面附加应力与硬壳层厚度、荷载的关系;在此基础上推导出了硬壳层软土地基界面附加应力的计算公式，表明界面附加应力与路堤表面施加的荷载具有良好的线性关系，路堤中心线下界面附加应力值随着硬壳层厚度的增加而减小，随着硬壳层厚度由0增加到0.7B时，界面附加应力值降为无硬壳层软土应力值的0.5一0.3倍;在同一种工程性质的软土地基上，界面附加应力随着硬壳层厚度的增加在堤内随之减小，随着硬壳层厚度的增加反而增加，显示出明显的应力扩散效应，应力的扩散范围 随着硬壳层厚度的增加而增大。 王锡朝等1995，1996)通过模型试验研究了地表硬壳层受条形均布荷载作用时，下卧淤泥层内的水平应力变化。发现地表硬壳层不仅对荷载起扩散作用，而且它对下卧软土层还具有封闭作用，硬壳层使淤泥层中产生超常的附加应力，淤泥层中的水平应力在硬壳层剪坏前随条形均布荷载的大小成幂函数的形式增长，随深度及离开条形均布荷载中心线的水平距离的增大而减小，但衰减较慢，水平应力不宜用依据Bousinesq的线性变形体理论解求算，并分析了产生这种封闭作用的原因及封闭作用对桥台的影响。 费涵昌通过对工程实例的有限元分析及离心机模型试验，研究了有软弱下卧层的双层体系地基的变形特性，以及土层厚度及模量对变形沉降的影响。发现持力层厚度越厚，模量越大以及与下卧层模量比越小，沉降越小，反之越大。而影响有限元分析精度的关键因素是对双层体系地基中地下水变化的模拟，研究内容为双层体系地基强度及沉降变形验算和地基加固深度的估算提供了依据。 6.2工程实践研究 20世纪60年代日本工程师就发现，尽管花费大量资金对硬壳层进行处理，可是处理的效果是:砂井等排水固结方法虽使一部分孔隙水压在短期内迅速消散，并且初期沉降较大，但在使用期间的地基沉降并不小于未经处理的天然地基。因此，在1983年已将对软土地基原则上不做处理而采用其它保护措施的做法写入《日本道路工团设计要领》规范中。 1976年陈维辉汇’9]对软土硬壳层进行了部分成因方面解释，对硬壳层的应力集中与扩散作用、对路基沉降减小作用与滞后作用、提高硬壳层上路堤临界高度(即地基承载力)进行分析，并参照工程中软土路堤的临界高度公式，给出了应用于铁道地基建设的含硬壳层路堤临界高度计算参考公式 其中从为 临界高度; 为稳定系数，一般取值5.14一7.36; c为由快剪法得的软土粘聚力； 为填土容重;；H为硬壳层厚度。 根据国家五六期（1981-1985）间科技成果，给出了一个硬壳层可利用指标：稠度>0.5，孔隙比e<1.o，压缩系数吼卜02、o.oscm坂g，比贯入阻力ps(或锥尖阻力q)大于等于1.0， 回弹模量 ，CBR>2，快剪粘聚力 C>15kPa，且厚度大于 1.5m时，地基的整体性能将会显著优于一般软土地基，则考虑利用硬壳层。 1970年后德国工程技术人员在下萨克森州)一种“边缘沼泽”区的泥炭上，利用厚度不到0.5m的硬壳层，并配合土工织物，上铺砂垫层的方法对厚度在10m之类的软土基进行处理，取得了很好的效果。 英国泰晤士河口和牛津利区的试验结果显示，加载大约100天后，砂井地基和天然地基的沉降速率达到一致，但由于砂井地基的初期沉降较大，砂井地基的总沉降将大于不处理的天然地基。我国萃淞两条高速公路几年的观测结果也得出类似的结果，在初期预压的半年内，砂井地基的沉降速率为天然地基的1.5一2.5倍，半年后两者便趋于一致，而且会保持下去。 1991年交通部公路研究所[20]提出天津一塘沽地区硬壳层的物理力学指标，除将前述指标划为硬壳层外，另外又提出了一种硬壳层的物理力学指标范围:凡稠度>0.75，孔隙比e<0.8，压缩系数 ，比贯入阻力 ， ，快剪粘聚力 C>20kPa的表层土可以当成正常路基，而物理力学指标低于上述值而高于软土的物理力学指标则堪称可利用的硬壳层。 杨鸿远即根据规范软土的定义，提出了京津塘高速硬壳层的一个判定方法，对于硬壳层的有效利用厚度进行了研究，并根据国家六五科研成果和铁道部门的经验，介绍了怎样在工程实践中的利用，指出硬壳层运用于道路建设方面的临界高度公式可参考铁道建设方面公式 郝传毅等结合大量实际工程资料中含硬壳层的应力应变关系曲线，提出以硬壳层内的应力集中程度为主要特征的硬壳层地基所具有的3个承载变形阶段，并对各个阶段如何利用硬壳层地基提出了具体措施，并将多个工程资料进行回归分析得到了有硬壳层与无硬壳层的临界高度经验公式 式中:H为实测硬壳层路堤临界高度;万为无硬壳层软土路堤极限高度，取H=5.14 ; 为T填土容重，取19·0kN/ ; 、 ·几分别为硬壳层和软土的十字板强度;h为硬壳层的厚度。 聂秋祥（1998）和张留俊（1999）等阐述了硬壳层地基的应力扩散作用在低路堤中较明显，高路堤下硬壳层应力扩散作用较弱，硬层与软层间的摩擦力影响土中应力分布，造成界面处应力集中，认为用超载预压的方法可加速地基的沉降，但硬壳层变形不失去对路基的稳定作用。 罗小红研究了外加荷载(如路堤)作用下软土地基上硬壳层的工程效应，包括壳体效应、封闭作用以及对沉降的滞后作用哪]。硬壳层路基的工程特性被工程人员总结为壳体效用(应力扩散)、封闭作用、减小沉降、反压护道等。 同时期的黄杨华、罗志强、董剑等分别对硬壳层的应力扩散作用机理在土压力上的反应、减小沉降、稳定路基等方面也都进行了分析解释。邓纹洁讨论了软土路基沉降速率与填土速率、硬壳层厚度和软土层厚度之间的关系，通过工程资料证实说明硬壳层应力扩散作用，以及给出了硬壳层沉降计算的指导思路。 王立法通过对某高速公路软土地基在施工过程中的观测数据进行深入分析，总结了在软土硬壳层地基上修筑高速公路时，不同的硬壳层地质条件、不同的路基填土高度、不同的地基处理方法等对软基的沉降均有不同影响的特性。 杨丙龙总结出硬壳层的工程应用特点，研究了硬壳层软土地基界面附加应力的分布规律、硬壳层对地基附加应力的扩散作用，以及科学合理处理地基的方案。 马成勇应用遗传神经网络算法来计算路堤临界高度，并结合工程实例探讨了硬壳层厚度、软基沉降、侧向位移与临界高度的关系。分析结果表明:路堤填筑到临界高度以后，软基的沉降量、沉降速率、侧向位移量都急剧增大。 彭月明等根据采用砂垫层对软土地基进行处理的现场观测成果，分析了硬壳层对软基的沉降、水平侧向位移和土压力的影响，表明硬壳层的扩散应力，能减小软基的沉降量，减小不均匀沉降，降低差异沉降率，并限制软基侧向变形发展的作用。 6.3数值模拟研究 在硬壳层地基计算方面，因为涉及应力扩散作用，而应力扩散在数值计算方面可以进行考虑，尽管数值计算尚未在工程中得到广泛使用，但数值计算在这方面研究具有较强的可行性，用非线性有限元或有限差分计算方法可以考虑其应力扩散效果，因此，这方面已有较多应用。 孙翔利用大型有限元分析软件ANSYS对上覆硬壳层地基进行了弹性和弹塑性分析，从有限元的计算结果得出:地基中塑性区首先出现在交界面处的上层土中，随着荷载的增加，塑性区向交界面处上下土层均有扩展，由于下层土较软，塑性区扩展较快，最后当塑性区到达基础底面时，地基达到极限承载力，在数值计算时表现为计算不收敛;拉应力区首先出现在上层土与基底平行的土层顶面处和上下层土层交界面处的上层土中，随着荷载的增加，拉应力区继续向上层土扩展，当荷载达到一定大小的时候，交界面处下层土开始出现拉应力区，由于下层土较上层土软，有应力扩散的作用，所以拉应力区出现的范围明显较上层土小。揭示了该类地基在荷载作用下，地基中塑性区的产生和发展规律。 王晓谋采用有限元软件MARC对硬壳层厚度、变形模量和路堤等效荷载的宽度对硬壳层软土地基竖向附加应力扩散进行了数值模拟，结果表明:在软土地基的同样深度处，竖向附加应力随着硬壳层厚度的增加，在荷载作用宽度范围内比无硬壳层的情况明显减小，在荷载作用宽度范围之外，竖向附加应力随着离开荷载作用范围边沿距离的增加而减小的速度变慢，进而大于相应深度处无硬壳层的情况下的竖向附加应力，竖向附加应力扩散范围随着硬壳层厚度的增加而扩大;当硬壳层厚度一定，随着硬壳层变形模量的增加，竖向附加应力在荷载作用宽度范围内明显变小，但在荷载作用宽度范围之外，竖向附加应力随着离开荷载作用范围边沿距离的增加而减小的速度变慢，进而大于相应厚度硬壳层变形模量较小的情况下的竖向附加应力，竖向附加应力扩散范围随着硬壳层变形模量的增加而扩大;当硬壳层厚度和变形模量一定时，随着荷载作用宽度的增加，其扩散应力的作用在减小，因此利用硬壳层时一定要考虑荷载宽度影响。 赵宏兴用有限元软件ADINA，研究了硬壳层刚度、路堤高度以及软基厚度对硬壳层软土地基变形特征和硬壳层应力扩散效果的影响，得出同王晓谋相同的结果，并指出当路基高度与硬壳层的比值不大于1.5时，可不作浅层地基处理。 郭永丰、周戟等采用不同数值软件进行了考虑硬壳层的数值计算，对硬壳层的刚度、强度、厚度因素在路基工程中的工程特新及影响进行了分析，说明数值方法分析硬壳层地基问题的优越性。 6.4工程利用研究 杨鸿远根据交通部及市政部门在有硬壳层的软土地区修筑路堤的大量数据，总结了硬壳层划分的一些技术指标，在道路工程利用的基本条件，即厚度以不小于1.5m为宜，且强度还要满足要求，若不满足要求时的一些硬壳层处理方法，以及公路建设时硬壳层地基建设的路堤临界高度问题。而张明义等则指出硬壳层利用不一定要很厚，提出硬壳层若较薄可通过改变硬壳层上基础形式的方式改变，如加宽上部基础作用面，分析了硬壳层地基的工程利用实例。提出了一些类似硬壳层分析方法如人工形成的硬壳层、以及小能量强夯所形成的砂垫层及渐变型土层同硬壳层时一样的。比较适合在浅基础和低等级公路中薄硬壳层的应用 刘汝明涉及到高等级公路设计中如何考虑利用硬壳层。李善波、经绊等在软土地基设计时，研究沉降与硬壳层厚度的关系，以及如何能最大限度地利用硬壳层的强度，降低总沉降量。 孙兴华针对硬壳层缺失时的硬壳层利用进行了研究。在沉降控制要求较高的工程中，对于硬壳层缺失的状况提出用水泥搅拌桩加固浅层软土，形成复合地基，与地表素填土共同作用，充当“硬壳层”的角色，在减小沉降方面效果明显。刘昌忠通过对软土层的受力分析，得出在分析应力扩散的弹性解，对具有硬壳层的软土地基设计提出了处理方法:采用轻质高强填料、在硬壳层上加铺土工布以及用超载预压法处理硬壳层地基等方法，可以使硬壳层的应力扩散作用加强，使软土层的受力减小，对于增大地基承载能力、增强路基的稳定性是十分有利的。 周虎鑫根据温州滨海新区市政道路软土地基处理实例，提出对于低路堤采用冲击压实处理软土层地基表面，形成一层硬实土，对于消除了不均匀沉降的效果。并对冲击压实软土的机理进行分析。并提出了冲击压实结合超载预压的软土处理方法。以及此方法的优点:处理地基基础深，沉降稳定快等。 匡志平针对国内建成的大部分高等级道路都采用高填路基的形势，对现在人造硬壳层的方法处理软土地基进行分析，通过对人造硬壳层室内试验、现场测试和力学计算模型分析研究表明:采用人造硬壳层方法处理软土地基在技术上是完全可行的。 参考文献 [1]费涵昌.双层地基变形与沉降〔J」.同济大学学报，1995，V01.23 [2]陈维辉.软土上硬壳成因与路堤临界高度〔J」.铁道建筑，1976 [3]杨鸿远.软土层上的硬壳层在道路建设中的利用「J〕.天津建设科技.1991 [4]郝传毅，陈国靖.硬壳层软土地基的工程特性〔J〕.中国公路学报，1993,6 [5]张效俭.硬壳层的成因及其岩土工程评价[J〕.电力勘测，1997，1 [6]BjerurmL.Embankment on soft ground. 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