土體地震反應(yīng)分析.pps

1,第二章 場地、地基和基礎(chǔ),廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院 韋愛鳳,2,2.1 場地 2.2 天然地基和基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算 2.3 液化地基的判別與處理 2.4 地基的抗震加固 2.5 樁基抗震 2.6 地基引起的地面運(yùn)動(dòng)特性,3,2.1 場地,場地_建造工業(yè)與民用建筑物的建筑場地 廠礦區(qū) 居民小區(qū) 自然村 場地土_場地下的巖土和土 建筑場地劃分為三種地段： 有利地段 不利地段 危險(xiǎn)地段,4,2.1 .1 地段類別的劃分,有利地段： 穩(wěn)定基巖，堅(jiān)硬土， 開闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等 不利地段： 軟弱土，液化土， 條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘， 非巖質(zhì)的陡坡，河岸和邊坡的邊緣， 分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層(如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基)等,5,2.1 .1 地段類別的劃分,危險(xiǎn)地段： 地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等的部位 發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯(cuò)的部位 選擇有利地段 避開不利地段 不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造建筑物,6,2.1.2 土的類型和場地類別的劃分,1.建筑場地對(duì)建筑物的地震反應(yīng)的影響 與場地的土層軟硬有關(guān) 軟弱地基 柔性結(jié)構(gòu)破壞 結(jié)構(gòu)破壞 或 基礎(chǔ)破壞 堅(jiān)硬地基 柔性結(jié)構(gòu)好 剛性結(jié)構(gòu) 有壞 有好 結(jié)構(gòu)破壞,7,與覆蓋層厚度的關(guān)系 覆蓋層厚度厚 震害重 覆蓋層厚度淺 震害輕,8,土層對(duì)地震波有放大或過慮作用,堅(jiān)硬場地土地震動(dòng)加速度幅值在短周期內(nèi)局部增大 軟弱場地土地震動(dòng)加速度幅值在長周期內(nèi)局部增大 堅(jiān)硬場地的地震動(dòng)以短周期為主 軟弱場地的地震動(dòng)以長周期為主,9,軟弱地基上建筑物的震害重于堅(jiān)硬地基上建筑物,地震作用 開裂或損壞 建筑物的自振周期增大 軟弱地基上建筑物 共振,10,場地土類型(土層本身的剛度）,11,土層的等效剪切波速計(jì)算：,vse 土層等效剪切波速(m/s)； d0計(jì)算深度(m)，取覆蓋層厚度和20m二者的較小值； t 剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間； di計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的厚度(m)； vsi計(jì)算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速(m/s) n計(jì)算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。,12,覆蓋層厚度,1 一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面的距離確定。 2 當(dāng)?shù)孛?m以下存在剪切波速大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的土層，且其下臥巖土的剪切波速均不小于400m/s時(shí)，可按地面至該土層頂面的距離確定。 3 剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層。 4 土層中的火山巖硬夾層，應(yīng)視為剛體，其厚度應(yīng)從覆蓋土層中扣除。,13,2.1.3 建筑場地類別,14,2.1.4發(fā)震斷裂帶的震害和避讓措施,場地內(nèi)存在發(fā)震斷裂時(shí)，應(yīng)對(duì)斷裂的工程影響進(jìn)行評(píng)價(jià)： 1 對(duì)符合下列規(guī)定之一的情況，可忽略發(fā)震斷裂錯(cuò)動(dòng)對(duì)地面建筑的影響： 1)抗震設(shè)防烈度小于8度； 2)非全新世活動(dòng)斷裂；（全新世：1萬年） 3)抗震設(shè)防烈度為8度和9度時(shí)，前第四紀(jì)基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60m和90m。,15,2.1.4發(fā)震斷裂帶的震害和避讓措施,2 對(duì)不符合1款規(guī)定的情況，應(yīng)避開主斷裂帶。其避讓距離不宜小于下表規(guī)定 發(fā)震斷裂最小避讓距離,16,2.1.5 局部孤突地形的震害影響,局部孤突地形條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡等不利地段 盡量避開 無法避開 保證建筑物在地震作用下的穩(wěn)定性 應(yīng)估計(jì)不利地段對(duì)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，其地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以增大系數(shù)。其值可根據(jù)不利地段的具體情況確定，但不宜大于1.6,17,場地巖土工程勘察，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)澐謱?duì)建筑有利、不利和危險(xiǎn)的地段 提供建筑的場地類別和巖土地震穩(wěn)定性(如滑坡、崩塌、液化和震陷特性等)評(píng)價(jià) 對(duì)需要采用時(shí)程分析法補(bǔ)充計(jì)算的建筑，尚應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供土層剖面、場地覆蓋層厚度和有關(guān)的動(dòng)力參數(shù)。,18,2.2 天然地基和基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算,2.2.1天然地基的抗震能力 多數(shù)天然地基的抗震能力較好,19,下列建筑可不進(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算：,1 砌體房屋 2 地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘性土層的下列建筑： 1)一般的單層廠房和單層空曠房屋； 2)不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋； 3)基礎(chǔ)荷載與2)項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。 3 本規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。,20,軟弱粘性土層： 7度、8度和9度時(shí)，地基承載力特征值分別小于80、100和120kPa的土層。,21,2.2.2 天然地基的抗震驗(yàn)算,天然地基基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)采用地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合 地基抗震承載力應(yīng)按下式計(jì)算： aE = a a aE調(diào)整后的地基抗震承載力； a 地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)，按表2.3采用 a深寬修正后的地基承載力特征值,22,地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)a,23,豎向承載力驗(yàn)算（擬靜力法）： p aE (2.4) pmax 1.2aE (2.5) p 地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的基礎(chǔ)底面平均壓力； pmax地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的基礎(chǔ)邊緣的最大壓力 限制基礎(chǔ)的偏心荷載，保證穩(wěn)定性： 高寬比大于4的高層建筑 ,在地震作用下基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力； 其他建筑，基礎(chǔ)底面與地基土之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15。,24,2.3 液化地基的判別與處理,飽和砂土和飽和粉土(不含黃土) 液化現(xiàn)象： 地震 土密實(shí) 空隙水壓力急劇增加 有效應(yīng)力（空隙水壓力與土體壓應(yīng)力的矢量和）減少 當(dāng)有效應(yīng)力0發(fā)生液化 砂土液化的宏觀現(xiàn)象： 冒水噴砂 地面下陷 建筑物發(fā)生巨大沉降和嚴(yán)重傾斜（甚至失穩(wěn)）,25,影響地基液化的因素,土層的地質(zhì)年代 土的組成和密實(shí)程度 顆粒均勻單一 顆粒級(jí)配良好 松砂 密砂 細(xì)砂 粗砂 粘性顆粒少 粘性顆粒多 液化土層的埋深 地下水位深度 地震烈度和持續(xù)時(shí)間 遠(yuǎn)震較近震易液化,26,2.3.2 地基土的液化判別,二階段液化判別原則： 初步判別 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別,27,初步判別,當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可初步判別為不液化或可不考慮液化影響： 1 地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世(Q3)及其以前時(shí)，7、8度時(shí)可判為不液化。(10萬年) 2 粉土的粘粒(粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率 7度 8度 9度 10 13 16 可判為不液化土 注：用于液化判別的粘粒含量系采用六偏磷酸鈉作分散劑測定，采用其它方法時(shí)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定換算。,28,初步判別,3 天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度du和地下水位深度dw符合下列條件之一時(shí)，可不考慮液化影響： du do + d b -2 (2.6) dw do + db -3 （2.7) du + dw 1.5do+2db -4.5 (2.8) db基礎(chǔ)埋置深度(m)，不超過2m時(shí)應(yīng)采用2m； do液化土特征深度(m)，可按表2.4采用。,29,圖2.1上覆非液化土層厚、地下水位深度與土液化的關(guān)系,30,液化土特征深度do(m) 表2.4,31,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別,一般判別地面下15m深度范圍內(nèi)的液化；當(dāng)采用樁基或埋深大于5m的深基礎(chǔ)時(shí)，尚應(yīng)判別1520m范圍內(nèi)土的液化 當(dāng)飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)（未經(jīng)桿長修正）小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時(shí) N63.5 Ncr 判為液化土,32,液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值,在地面下15m深度范圍內(nèi)： (ds 15 ) (2.9) 在地面下1520m范圍內(nèi)： ( 15 ds20 ) (2.10) No液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，應(yīng)按表2.5采用； ds飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)； c粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3。,33,表2.5 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值 N0,注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值用于設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g 和 0.30g 的地區(qū)。,34,液化指數(shù)和液化等級(jí),液化指數(shù)： 判定土的液化可能性和危害程度的定量指標(biāo) 液化強(qiáng)度比 Fle=N/Ncr N實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) Ncr 液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值 同一標(biāo)高的土層, Fle越小，(1-Fle)越大，液化沉降量越大,35,液化指數(shù)IlE,n在判別深度范圍內(nèi)每一個(gè)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)的總數(shù)； Ni、Ncri當(dāng)NiNcri 取NiNcri dIi點(diǎn)所代表的土層厚度(m)，可采用與該標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)相鄰的上、下兩標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度； Wii土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值(單位為 m-1)。,36,Wii土層單位土層厚度的層位影響權(quán)函數(shù)值(單位為 m-1)。,若判別深度為15m時(shí) 當(dāng)該層中點(diǎn)深度不大于5m時(shí)應(yīng)采用10 等于15m時(shí)應(yīng)采用零值 515m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插法取值 若判別深度為20m時(shí) 當(dāng)該層中點(diǎn)深度不大于5m時(shí)應(yīng)采用10 等于20m時(shí)應(yīng)采用零值 520m時(shí)應(yīng)按線性內(nèi)插法取值,37,表2.6 液化等級(jí),38,2.3.3 地基抗液化措施,1.地基抗液化措施 （1）全部消除地基液化沉降的措施：樁基、加大基礎(chǔ)埋置深度、深層加固至液化層下界、挖除全部液化土層 （2）部分消除地基液化沉降的措施：加固或挖除部分液化土層、處理后使 IlE5 (3)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理 （4）可不采取措施,39,選擇抗液化措施的原則,40,全部消除地基液化沉陷的措施（1）,1 采用樁基時(shí)，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度（不包括樁尖部分），應(yīng)按計(jì)算確定，且對(duì)碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土尚不應(yīng)小于0.5m，對(duì)其它非巖石土尚不宜小于1.5m。 2 采用深基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)底面應(yīng)埋入液化深度以下的穩(wěn)定土層中，其深度不應(yīng)小于500mm。,41,全部消除地基液化沉陷的措施（2）,3 采用加密法（如振沖、振動(dòng)加密、擠密碎石樁、強(qiáng)夯等）加固時(shí)，應(yīng)處理至液化深度下界； 振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于液化標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的臨界值Ncr。,42,全部消除地基液化沉陷的措（3）,4 用非液化土替換全部液化土層 5 采用加密法或換土法處理時(shí)，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。,43,部分消除地基液化沉陷的措施：,1 處理深度 應(yīng)使處理后的地基液化指數(shù)減少，當(dāng)判別深度為15m時(shí)，其值不宜大于4，當(dāng)判別深度為20m時(shí)，其值不宜大5；對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，尚不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面下液化土特征深度值和基礎(chǔ)寬度的較大值。 2 采用振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于液化標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的臨界值Ncr 3 基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度,44,減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合采用下列措施：,1 選擇合適的基礎(chǔ)埋置深度 2 調(diào)整基礎(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心 3 加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度，如采用箱基、筏基或鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)，加設(shè)基礎(chǔ)圈梁等,45,減輕液化影響的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，可綜合采用下列措施：,4 減輕荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性，合理設(shè)置沉降縫，避免采用對(duì)不均勻沉降敏感的結(jié)構(gòu)形式等 5 管道穿過建筑處應(yīng)預(yù)留足夠尺寸或采用柔性接頭等,46,2.4 地基的抗震加固,1 換土墊層法 填充 無侵蝕性 、低壓縮性、透水性好散體材料 中（粗）砂 、 碎（卵）石 、灰土 、素土 處理中小型地基,47,2.4 地基的抗震加固,2. 重錘夯實(shí)法 可處理淺層稍濕（最優(yōu)含水量）的各種粘性土、砂土、雜填土、濕陷性黃土 3. 強(qiáng)夯法 適用于可液化的飽和砂土、粉土 4.振動(dòng)水沖法 適宜加固易于液化的砂土及粘粒含量小于10的粉土地基,48,2.4 地基的抗震加固,5.深層擠密法 擠密砂樁 適用于將較大范圍內(nèi)的土層擠密加固 6.砂井預(yù)壓法 適用于深層的粉土層、粘土層、淤泥質(zhì)粘土層等軟弱地基的加固,49,2.4 地基的抗震加固,抗震加固處理方案的選擇: 優(yōu)先考慮 采用天然地基 采取加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的建筑和結(jié)構(gòu)措施 采用人工基礎(chǔ)加固,50,2.5 樁基抗震,承受豎向荷載為主的低承臺(tái)樁基， 當(dāng)?shù)孛嫦聼o液化土層，且樁承臺(tái)周圍無淤泥、淤泥質(zhì)土和地基承載力特征值不大于100kPa的填土?xí)r 下列建筑可不進(jìn)行樁基抗震承載力驗(yàn)算,51,下列建筑可不進(jìn)行樁基抗震承載力驗(yàn)算：,1 砌體房屋 2 規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。 3 7度和8度時(shí)的下列建筑： 1)一般的單層廠房和單層空曠房屋； 2)不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋； 3)基礎(chǔ)荷載與2)項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。,52,非液化土中低承臺(tái)樁基的抗震驗(yàn)算,應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 單樁的豎向和水平向抗震承載力特征值，可均比非抗震設(shè)計(jì)時(shí)提高25。 2 當(dāng)承臺(tái)側(cè)面的回填土夯實(shí)至干密度不小于建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)填土的要求時(shí)，可由承臺(tái)正面填土與樁共同承擔(dān)水平地震作用； 但不應(yīng)計(jì)入承臺(tái)底面與地基土間的摩擦力。,53,存在液化土層的低承臺(tái)樁基抗震驗(yàn)算（1）,應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 對(duì)一般淺基礎(chǔ)，不宜計(jì)入承臺(tái)側(cè)面土的抗力或剛性地坪對(duì)水平地震作用的分擔(dān)作用。,54,存在液化土層的低承臺(tái)樁基抗震驗(yàn)算（2）,2 當(dāng)樁承臺(tái)底面上、下分別有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土層或非軟弱土層時(shí)，可按下列二種情況進(jìn)行樁的抗震