软土地基硬壳层的作用机理简解

图1　荷载对称轴上竖向应力系数变化

对于表层有硬壳层或存在下卧层的多层软土地基,地基中的应力分布虽然复杂,但根据土力学的研究,可明确以下几点结论：

(1)下卧硬层的埋藏深度、硬度与软土层界面上的摩擦力影响土中应力的分布。下卧层愈浅,软土层中的应力集中愈明显。当下卧层的深度与荷载的分布宽度相当时,荷载对称轴上竖向应力系数的变化如图1,从图1中可以看出,接近软土层界面时应力集中加强,此处的竖向应力系数为均质地基条件下竖向应力系数的1.38倍。对于高速公路来说,路基荷载分布的平均多在30m以上,而一般厚层软土的厚度也只是30m,所以高速公路下软基中应力分布集中是明显的,是不可忽略的。

(2)表层硬壳层对下卧软土层中的应力分布有扩散作用,硬壳层的厚度愈大,相对刚度愈大,这种扩散作用愈强。

式中 E01、μ1——硬壳层的变形模量与泊松比；(www.xing528.com)

E02、μ2——软土层的变形模量与泊松比。

以上的分析说明：软土地基中应力计算时,图1软基下卧层影响地基中竖向应力系数分布不仅要考虑硬壳层对应力集中的影响；并且一般(图中软基下卧硬层埋深等于条形荷载分布宽度)情况下这种集中影响要大于扩散作用。这就是说,高速公路软基的沉降不会因硬壳层的存在而明显地减小。

按地基极限承载力的理论,硬壳层地基的破坏形式一般为冲剪破坏。对于路堤荷载,由于其本身的柔性,下沉后路堤坡脚与硬壳层连成弧面,此时的硬壳层相当与设了高度等于下沉量的反压护道的作用。在路堤不发生破坏的前提下,下沉量愈大,这种反压作用愈明显。