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李廣信
黃河是中國的母親河，黃河流域是中華民族生長的搖籃。但她又是橫行肆虐，狂放不羈，在公元前602年至1938年間，黃河下游決口1590次，大的改道26次。有時南奪淮河入黃海，有時北侵海河進渤海，縱橫游蕩于南北千里之野。如今的河北（冀）、河南（豫）、山東（魯）的許多地區均為黃河故道。當年黃河挾甘陜黃土高原的泥沙滾滾而來，淤積、固結形成現在的華北平原。兩千多年在地質歷史上尚屬于“新近”，這個區域以后也沒有受到大的沖蝕與構造運動，這就形成了大片的正常固結土大地。
1938年國民黨扒開鄭州花園口黃河大堤，以阻日軍西侵鄭州。河水南流入淮河，洪水肆虐，災民遍野。1947年復堵花園口，河水北歸，在山東東營進入渤海，直至今日。含沙量極高的黃河在河口大量淤積，每年可淤積造地3?4萬畝，但俱“稀泥嫩灘，人馬不能駐足”。
這種新近沉積下的稀泥，顆粒處于半懸浮狀態，顆粒間尚未完全接觸，未能充分形成有效應力，處于欠固結狀態。這里的“嫩灘”十分形象，這是一種骨架的雛形，是正在成長的稚嫩的土，它甚至還不能承擔土在水中的粒自重? ?z，其中一部分自重靠超靜孔隙水壓力承擔。
最近延安正在進行一個巖土界的超大工程。那就是挖塬填溝，擬造上百平方公里的延安新城，動用土方8億，挖塬與填溝大約都在20?30m左右，可謂壯舉。目前北部已經基本完工，市黨委、政府大樓建于挖方區。這里的黃土高地被挖去20多米，等于卸去了近40t/m2的荷載，如果再建一座20層的高樓，基本上沒有附加荷載，其沉降也就有限了，這就是超固結土地基。
1.原位地基土的應力歷史
圖1 應力歷史中的三種應力
在圖1(a)中，表示的是靜地下水下的地基土體。土單元①表示的是正常固結土，其現地面就是歷史最高地面，并且固結完成；單元②是欠固結土，現地面也是歷史最高地面，但沒有用完全固結，尚存在超靜孔隙水壓力；單元③代表超固結土，現地面小于歷史最高地面，歷史上曾被沖蝕、風蝕或者挖除，其地質歷史一般較長。
這里要分清三個應力。在圖1(b)中，是深度z處的土單元的固結應（壓）力，所謂固結應力就是會轉化為有效應力的豎向應力；
是前期固結應（壓）力，
是深度z處的土單元歷史上承受的最大有效固結應（壓）力； 是土目前的實際有效固結應力。超固結比OCR定義為
(1)
不同應力歷史土的各項應力見表1
注：U為平均固結度，對欠固結土U<1.0。
從表1可以歸納出：
(1)正常固結土當前的有效固結應力等于其當前的固結應力
= ，它也就是其歷史上的最大固結應力（前期固結應力）
；
(2)欠固結土當前的有效固結應力也就是歷史上的最大固結應力（前期固結應力）
；但它們小于其當前的固結應力=
；
(3)超固結土當前的有效固結應力也等于其當前的固結應力
“文革”后期，大批城市青年上山下鄉，一些只有17、8歲的青少年興高采烈地相應號召到了北大荒、海南農場、西雙版納原始森林、西北黃土高原。饑餓、嚴寒與酷熱、荒涼與閉塞，透支的體力勞動使他們受到了巨大的壓力。當他們大部分在幾年、十幾年后回到城市時，就有一些超固結土的味道：滄桑、堅韌與成熟。有人講這個上山下鄉的經歷鍛煉培養了我國一代青年。但讓本應在學校學習文化知識的青少年，承受那么多的苦難，回城后除了少數紅、官二代和精英外，多數只能從事環衛、公交、農場等底層的工作，其中的辛酸只有自己知道。最近見到一些報道，8歲的女孩邊上學邊承擔家務，照顧盲目的母親；十幾歲的大學生背著癱瘓的父親到城里上大學，這也很有超固結土的意思。缺失的社會保障體系，讓稚嫩的青少年承受力過大的壓力。
另一方面，有年近30仍然在家“啃老”，不去工作，上網玩游戲。不能（不愿）承擔自己應承擔的責任與義務，這就是一些欠固結土，稀泥一樣，是扶不上墻了。
2.實驗室中的正常固結土
如上所述，正常固結土當前的有效固結應力就是歷史上最大的固結應力。這正如一個從未爬過山的人在爬一座山，他每登一步，都是他歷史上的最高的高度。
在實驗室里，我們研究飽和黏性土，需要重塑土樣時，是先把現場取來的黏土粉碎，加水調成泥漿狀，再在一定的壓力下固結到一定的密度。對于實驗室的重塑土而言，不管從現場什么深度取得土，經歷了粉碎、調泥漿以后，實際上已經抹去了它的應力歷史，它就像初生兒一樣，沒有了歷史，隨后的任何經歷都是它的新的歷史。其固結曲線和強度包線見圖2。
圖2 實驗室的正常固結黏土
實驗室調成的泥漿，如果固結壓力為0，亦即現在與歷史上的最大有效固結壓力為0，它仍然是泥漿，則其孔隙比e是很大的，相當于流動的含泥砂量很高的黃河之水，實際上還不能稱之為“土”，其抗剪強度自然為0。在圖2中，當施加的固結壓力分別為p1和p2時，其試樣仍然是正常固結土，對應的孔隙比為e1與e2，抗剪強度分別為
，根據庫倫公式，其破壞包線過原點。
3.正常固結原狀土的野外測試與室內試驗
如果場地有一深厚的正常固結飽和軟黏土，從上到下進行十字板剪切試驗，那么從圖2可知，其孔隙比e從上到下是逐漸減小的，不固結不排水強度?f =cu是逐漸增加的。
圖3 深厚正常固結軟黏土層中的十字板剪切試驗
圖3是在天津某正常固結飽和軟黏土場地進行的十字板剪切試驗結果，它們可以近似用一直線表示。并且這條直線應當通過地面原點。實際上由于地面風吹日曬及人類活動，表面形成一定厚度的硬殼層。
如果在上述場地的土層取原狀土樣，然后在實驗室進行試驗（見圖4），則會出現一些復雜的情況。譬如在10m深處，土的有效自重應力為p1=50kPa；取出地面后有效應力為零，在直剪儀上進行慢剪試驗，如果正應力，則其前期固結壓力為
，當前的有效固結壓力
，它就成為超固結土，e-p曲線在初始固結曲線之下，強度包線在正常固結包線之上。反之，如果正應力
，前期固結壓力為
，則它就成為正常固結土了，固結曲線和強度包線都服從正常固結土的規律。對于在10m深處取樣，土的有效自重應力為p2=100kPa時，情況相同。
圖4正常固結土的室內試驗
4. 基坑開挖中地基土的應力歷史
在巖土工程中，基坑開挖是應力路徑和應力歷史都十分復雜的。在當前的勘察報告中，一個土層有一套確定的強度參數c和，那么圖5中具有相同埋深
土單元就有相同的抗剪強度。這顯然是不對的。在支擋結構前的開挖區
當前的固結應力
小于其前期固結應力
，屬于超固結土。
圖5 基坑開挖時的應力路徑
圖6 墻前后土的強度包線
對于基坑工程，墻后的土體的豎向應力
在開挖過程中，始終是不變的，只是側向應力在不斷減少，應當采用正常固結土的強度指標；而墻前坑底以下的地基土，在開挖過程中，豎向應力一直在減少，屬于超固結土，應當用其前期固結應力
=左邊的超固結土強度包線計算。例如在圖5(b)中的Nh和M點的強度值分別在圖6中的N和M處。
