河北工业大学硕士学位论文硬壳层对高速公路软基应力及变形影响研究姓名：彭月明申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：窦远明20061101河北工业大学硕士学位论文 硬壳层对高速公路软基应力及变形影响研究硬壳层对高速公路软基应力及变形影响研究 摘摘 要要 软土在我国沿海、内陆平原及山区都有广泛分布，虽然成因不同，物理力学性质上存在差异，厚度及深度变化悬殊，但不同类型的软土层上普遍存在着一个硬壳层。目前国内外对硬壳层只是作为一个相对概念提出，并没有很具体的物理、力学指标。一般认为硬壳呈硬塑状态，力学强度或多或少比下卧土体好。 目前，软基中硬壳层的作用效果、应力及变形规律的研究是本课题一项新问题。如果充分发挥硬壳层的结构性， 能够大大降低软基处理费用， 这自然就成了软基工程研究利用的目标。 既然要充分利用硬壳层的优良性能， 就要对其变形及应力变化等做深入的研究与探讨。通过对实测数据分析得出硬壳层具有减小沉降、板体支撑、封闭土体、应力滞后以及反压护道等作用。同时，结合 PLAXIS 软件预测与现场实测变形曲线进行比较，使二者结果得以相互印证，并对测斜管的布设位置做了进一步的分析，提出了一点建议。 最后， 本文结合实测曲线探讨了硬壳层对路堤填筑临界高度的影响。 并且基于多元线性回归分析模型预测路堤填筑的临界高度， 在一系列假定的前提下， 得出了临界高度与硬壳层厚度、软土层厚度的关系表达式，经过检验得出其具有较高的预报精度。另外，在基于遗传算法的优点来改进人工神经网络的基础上，运用 GA-BP 神经网络算法计算路堤填筑的临界高度。这样以来，在软基处治设计与施工中结合临界高度，可以充分发挥硬壳层的优良性能，优化软基的处理方式，以此可以节约工程投资；并能有效地控制填土速率，指导施工。 关键词：关键词：软土地基，硬壳层，临界高度，侧向位移，线性回归模型，遗传神经网络 硬壳层对高速公路软基应力及变形影响研究 RESEARCH ON STRESS AND DEFORMATION OF EXPRESSWAY SOFT GROUND IN THE FLUENCE OF CRUST ABSTRACT There is a wide distribution of soft soil layer in the coastal, hinterland plain and mountainous areas in our country. With difference in origins, or physical natures, and great disparity of variations in thickness and depth, the different types of soft soil layers are always covered with crust. At present, “crust” is only given as a relative concept domestically and abroad, with no concrete physical or mechanical target. It is generally believed that the crust maintains the condition of hard model whose strength, more or less, exceeds the under-layer soil body. Presently the research on the function, effect, stress and rule of deformation of the crust on the soft ground is one of the new issues to be studied in this paper. So, exerting fully crusts structural performance to reduce expenditures on soft ground treatment has naturally become the goal available in the research of soft ground engineering. To make full use of the fine performance of the crust, its necessary for us to study and explore its deformation and stress variation and other aspects in depth. With lots of measured data, we draw the conclusion that the crust has the functions such as reducing settlement, supporting the board body, sealing soft soil, lagging stress, countering pressure and protecting the embankment and so on. At the same time, comparing the curves obtained by using PLAXIS software forecast system with the actual ones on the scene, we can verify the two mutually; meanwhile we can analyze further the position of the slop tube arranged in monitoring and put forward some proposals. Finally, combined with the actual curves tested on the scene, the article explores the influence of crust on the critical height of the embankment reclamation, forecasts the critical height of the embankment reclamation based on the multi-dimensional linear regression model, and obtains expressions of relationship between critical height and thickness of crust and soft 河北工业大学硕士学位论文 ground whose high precision have been verified with a series of hypothetical premises. In addition, by improving BP neural network based on the merit of Genetic Algorithms, weve also obtained the critical height of the embankment reclamation with GA-BP neural network algorithm. By referring to the critical height in the soft ground treatment and design, we can exert fully the fine performance of the crust, and optimize the ways of soft ground treatment to save investment in the engineering, and can effectively control the earth-filling speed to instruct the construction. KEY WORDS: soft ground, crust, critical height, horizontal displacement, linear regression model, GA-BP neural network 河北工业大学硕士学位论文 1第一章第一章 绪论绪论 1-1 研究背景研究背景 高速公路作为一种现代化的运输通道，在当今社会经济生活中正发挥着越来越重要的作用。它的出现一方面是交通运输史上的一次革命，以其强大的通行能力，快捷的运行速度，灵活的运行方式等运输特性极大地提高和丰富了运输的能力和内容；另一方面，大量资金被吸引到公路沿线，区域内部资源流通加快，可以形成以高速公路为依托的带状区域经济系统高速公路经济带，对国家的经济发展起着巨大的推动作用。近年来，在高速公路沿线及腹地迅速兴起了工业企业的建设热潮，地价增值，税收猛增，投资环境发生了很大变化，显示出了相当的优越性，其经济效益和社会效益都十分可观。因此，高速公路具有广阔的发展前景。 从 20 世纪 30 年代开始，美国及德国等发达国家就开始兴建高速公路，我国高速公路建设起步较晚。我国在二十世纪 80 年代中期确定了发展高速公路的方针1。1988 年 10 月，沪嘉高速公路的通车，实现了我国大陆高速公路零的突破，不久之后，沈大、京津塘高速公路相继投入运营。“九五”期间我国高速公路的建设步伐更进一步加快，把加快包括公路在内的基础设施建设作为扩大内需的重点，以确保国民经济持续健康地发展2。到 2000 年，国道主干线重点建设“两纵两横三条线”，即同江至三亚、北京至珠海、上海至成都、连云港至新疆霍尔果斯的“两纵两横”以及北京至上海、北京至沈阳和重庆至三亚“三条重要线路”约 1.8 万公里的国道主干线，形成我国贯穿东西、南北由高等级公路组成的快速公路运输系统。 我国高速公路的发展虽然比世界发达国家晚了半个世纪， 但发展之迅速，令世界吃惊，截止 2004 年底，全球高速公路通车总里程超过 23 万公里，我国高速公路通车里程己达3.42 万公里，仅次于美国，居世界第二位3。到 2006 年 10 月，全国高速公路总里程达到 4.5 万公里，仍保持世界第二位。但是，与国际水平相比，我国高速公路还存在一些问题。首先，从总体上讲我国高速公路密度明显偏少， 如果用每 1000 平方公里国土面积所拥有的高速公路里程数来衡量的话， 世界上高速公路密度最大的国家是荷兰，每 1000 平方公里面积有 44 公里高速公路，其次是比利时，而我国只有 1.5 公里；其次，我国高速公路网尚未形成，没有充分发挥应有的效益。我国现有的高速公路是根据总体规划分期建设的，大部分项目里程较短，分布零星，没有形成长距离的运输通道；最后，高速公路滞后于国民经济的发展，当前在经济发达的沿海省份、中西部地区的部分线路上，交通拥挤情况十分严重，阻碍了商品流通和经济的快速发展，而且目前国家正大力发展汽车工业，对公路的需求呈逐年上升趋势。 虽然公路建设的前景十分广阔，为地质工程及岩土工程的发展提供了有利的机遇，同时，也对它们提出了更高的要求以适应兴建高速公路的需要。当前我国高速公路建设基本遍布全国各地，由于地质条件复杂，出现的问题较多，尤其是如何控制软基沉降长期困扰着工程界。目前我国已建和在建高硬壳层对高速公路软基应力及变形影响研究 2 速公路遇到了很多的不良地质情况，比如有些地区的公路地基存在着大量的淤泥、淤泥质亚粘土、淤泥混砂层，基本属于正常压密软粘土，具有压缩性高、沉降量大、排水固结稳定性差等特点；高速公路一般采用全封闭、全立交，路基填土高度较大，有时甚至高达 8 m 以上，因此对路基沉降的