北航結(jié)構(gòu)抗震第二章

第二章場地與地基2.1場地劃分與場地區(qū)劃2.2地基抗震驗算2.3場地土的液化與抗液化措施主要內(nèi)容地震破壞作用場地的震動作用和場地、地基的破壞作用。

場地的地震動作用是指由于強烈地面運動引起地面設(shè)施振動而產(chǎn)生的破壞作用。

措施：合理的進行抗震和減震設(shè)計和采取減震措施?！?.1場地劃分與場地區(qū)劃場地和地基的破壞作用一般是指造成建筑破壞的直接原因是由于場地和地基穩(wěn)定性引起的。§2.1場地劃分與場地區(qū)劃場地：建筑物所在地，其范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民點和自然村的范圍地震類型、結(jié)構(gòu)類型、下臥層的構(gòu)成、覆蓋層厚度2.1.1場地及其地震效應(yīng)

房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大；比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地影響建筑物震害的因素:1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震地震波通過覆蓋土層傳向地表與土層固有周期相一致的一些頻率波群將被放大

地震動的卓越周期：在振幅譜中幅值最大的頻率分量所對應(yīng)的周期

另一些頻率波群將被衰減甚至被完全過濾掉

因此，地表地震動的卓越周期與場地的固有周期接近時

建筑物的振動會加大，相應(yīng)地，震害也會加重多層土的地震效應(yīng)主要取決于三個基本因素：覆蓋土層厚度土層剪切波速巖土阻抗比影響地震動的頻譜特性——

影響共振放大效應(yīng)2.1.2場地土剪切波速場地土是指場地范圍內(nèi)深度在20m左右的地基土。一般用剪切波速來反映場地土的軟硬土的類型劃分和剪切波速范圍10層和高度30m以下的丙類建筑及丁類建筑適用于：---由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，填土，流塑黃土軟弱土稍密的的礫、粗、中砂,除松散外的細、粉砂,可塑黃土,

的粘性土和粉土,的填土中軟土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，的粘性土和粉土，堅硬黃土中硬土穩(wěn)定巖石，密實的碎石土堅硬土或巖石土層剪切波速范圍(m/s)

巖土名稱和性狀土的類型土層等效剪切波速式中——計算深度，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值；

——計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)；

——第i層土的剪切波速；

——第i層土的厚度。計算：2.1.3覆蓋層厚度＊原意：從地表面至地下基巖面的距離

＊工程上的判定：

當(dāng)下部土層的剪切波速達到上部土層剪切波速的2.5倍，且下部土層中沒有剪切波速小于400m/s的巖土層時，該下部土層就可以近似看作基巖

＊我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范：地下基巖或剪切波速大于500m/s的堅硬土層至地表面的距離，稱為“覆蓋層厚度”2.1.4場地的類別場地類別確定根據(jù)：土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度適用于：剪切波速隨深度遞增的一般情況當(dāng)計算深度以下有明顯的軟弱土夾層時應(yīng)適當(dāng)提高場地類別

15~80

3~15

3~500

Ⅳ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ等效剪切波速（m/s）場地類型2.1.5發(fā)震斷裂的影響斷裂帶是地質(zhì)上的薄弱環(huán)節(jié)，淺源地震多與斷裂活動有關(guān)。發(fā)震斷裂帶附近地表，在地震時可能產(chǎn)生新的錯動，使建筑物遭受較大的破壞，屬于地震危險地段。建設(shè)時應(yīng)避開。例題[2-1]已知某建筑場地的鉆孔地質(zhì)資料如下表2-3所示，試確定該場地的類別因為地表下7.5m以下土層的=520m/s>500m/s,故覆蓋層厚度為7.5m(1)確定覆蓋層厚度[解](2)計算等效剪切波速，有：

查表得，位于250～500m/s之間，且故屬于Ⅱ類場地>5m,

15~80

3~15

3~500

Ⅳ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅰ等效剪切波速（m/s）場地類型已知某建筑場地的鉆孔土層資料如表所示，試確定該建筑場地的類別。層底深度(m)土層厚度(m)土的名稱剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥質(zhì)粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥質(zhì)粘土200632.9細砂31069.56.5礫混粗砂520解：(1)確定覆蓋層厚度(2)確定等效剪切波速(3)確定建筑場地類別屬于Ⅲ類場地例題[2-2]

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3~500

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Ⅰ等效剪切波速（m/s）場地類型2.1.6場地區(qū)劃城區(qū)范圍內(nèi)的場地類別區(qū)域劃分（又稱場地小區(qū)劃）設(shè)防地震動參數(shù)區(qū)劃場地地面破壞潛勢區(qū)劃等場地設(shè)計地震動的區(qū)域劃分給出的結(jié)果：場地區(qū)劃的基本方法與過程：收集城區(qū)范圍內(nèi)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震地質(zhì)資料作出所考慮區(qū)域的控制剖面圖按照鉆孔地質(zhì)資料統(tǒng)計，給出不同類別土的剪切波速隨深度變化的經(jīng)驗關(guān)系計算控制點的淺層巖土（地表下20m）等效剪切波速，并決定各控制點覆蓋層厚度根據(jù)等效剪切波速和覆蓋層厚度對城區(qū)范圍內(nèi)的場地作出小區(qū)劃分適當(dāng)進行補充的工程地質(zhì)勘探和剪切波速測試工作場地固有周期T的計算：

（剪切波重復(fù)反射理論）

式中

——計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)；

——第i層土的剪切波速；

——第

i

層土的厚度。場地等效剪切波速等值線場地固有周期等值線場地區(qū)劃工作深入的場地區(qū)劃還可以做出場地等效剪切波速等值線和場地固有周期等值線?！?.2地基抗震驗算地基：建筑物基礎(chǔ)下面受力層范圍內(nèi)的土層。

松軟土地基和不均勻地基：2.2.1地基抗震設(shè)計原則

處理方法：飽和的淤泥和淤泥質(zhì)土沖填土和雜填土不均勻地基土不能不加處理地直接用作建筑物的天然地基在地震區(qū)地基處理措施：置換、加密、強夯等消除土的動力不穩(wěn)定性

樁基等深基礎(chǔ)避開可能失效的地基對上部建筑的不利影響上部結(jié)構(gòu)的處理措施地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計1)同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土層上；2)同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基而另外部分采用樁基；3)地基有軟弱土、可液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，宜加強基礎(chǔ)的整體性和剛性；4)根據(jù)具體情況，選擇對抗震有利的基礎(chǔ)類型，在抗震驗算時應(yīng)盡量考慮結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的相互作用影響，使之能反映地基基礎(chǔ)在不同階段上的工作狀態(tài)。地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計是通過選擇合理的基礎(chǔ)體系和抗震驗算來保證其抗震能力的。地基基礎(chǔ)抗震設(shè)計的一般要求一般土地基：建造于一般土質(zhì)天然地基上的房屋遭遇地震時極少有因地基強度不足或較大沉陷導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)破壞可不進行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗算的地基：(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)項相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。(3)規(guī)范中規(guī)定可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。地裂危害的防治軟弱場地土上的建筑物，當(dāng)基本烈度為7度以上時中軟場地土上的建筑物，當(dāng)基本烈度為9度時磚結(jié)構(gòu)房屋——在承重磚墻的基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁

防地裂措施:單層鋼筋混凝土柱廠房——沿外墻一圈設(shè)置現(xiàn)澆整體基礎(chǔ)墻梁或有現(xiàn)澆接頭的裝配整體式基礎(chǔ)墻梁應(yīng)采取防地裂措施的情況2.2.2地基土抗震承載力天然地基抗震驗算時，地基土的抗震承載力按下式計算：

——調(diào)整后的地基土抗震承載力；——地基土抗震調(diào)整系數(shù)，按下表采用；——深寬修正后的地基土靜承載力特征值，按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》采用巖土名稱和性狀巖石，密實的碎石土，密實的礫，粗、中砂，≥300kpa的粘性土和粉土

1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，150kpa≤<300kpa的粘性土和粉土，堅硬黃土

1.3稍密的細、粉砂，100kpa≤<150kpa的粘性土和粉土，新近沉積的粘性土和粉土，可塑黃土

1.1淤泥、淤泥質(zhì)土，松散的砂、填土，新近堆積黃土及流塑黃土

1.02.2.3地基抗震驗算

步驟：1.根據(jù)靜力設(shè)計的要求確定基礎(chǔ)尺寸對地基進行強度和沉降量的核算2.地基抗震強度驗算：（荷載組合；基礎(chǔ)底面的壓力取為直線分布）基礎(chǔ)底面地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的平均壓力值基礎(chǔ)邊緣地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合的最大壓力值§2.3地基土液化及其防治2.3.1地基土液化及其危害

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震作用時將趨于密實，使空隙水壓力急劇上升，而在地震作用的短暫時間內(nèi)，這種急劇上升的空隙水壓力來不及消散，使原有土顆粒通過接觸點傳遞的壓力減小，當(dāng)有效壓力完全消失時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)之中。這時，土體完全失去抗剪強度而顯示出近于液體的特性。這種現(xiàn)象稱為液化。液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水。砂土液化機理地震飽和砂土、粉土顆粒在強烈振動下發(fā)生相對位移顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓孔隙水壓力急劇增加孔隙水壓力=土顆粒所受到的總的正壓應(yīng)力土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土體的抗震強度喪失，引起地基不均勻沉陷,引發(fā)建筑物的破壞甚至倒塌

土顆粒處于懸浮狀態(tài)形成液化現(xiàn)象唐山地震時，嚴重液化地區(qū)噴水高度可達8米，廠房沉降可達1米。天津地震時，海河故道及新近沉積土地區(qū)有近3000個噴水冒砂口成群出現(xiàn)，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可達5立方米。有時地面運動停止后，噴水現(xiàn)象可持續(xù)30分鐘。彰化縣社頭鄉(xiāng)三幢三層樓透天住宅，中間一幢有地下室，前后二幢皆無，液化使前后兩幢相對下沉40～70cm南投埔里鎮(zhèn)民富一街路面因土壤液化而導(dǎo)致開裂及下陷砂土液化的危害(圖)圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。南投市公所社會科辦公大樓前之大草坪產(chǎn)生土壤液化情形砂土液化的危害(圖)液化噴沙現(xiàn)象圖發(fā)生時間為1999年9月21日凌晨1時47分，位于臺灣南投縣集集鎮(zhèn)發(fā)生里氏規(guī)模達7.3級的大地震。液化使建筑物產(chǎn)生下列震害：

1.地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過渡下沉或整體傾斜；

2.不均勻沉降引起建筑物上部結(jié)構(gòu)破壞，使梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點破壞，使墻體開裂和建筑物體形變化處開裂；

3.室內(nèi)地坪上鼓、開裂，設(shè)備基礎(chǔ)上浮或下沉。影響場地土液化的主要因素：

1.土層的地質(zhì)年代；

2.土層的土粒的組成和密實程度；

3.砂土層埋置深度和地下水位深度；

4.地震烈度和地震持續(xù)時間。

1、液化判別和處理的一般原則：

1)對存在飽和砂土和粉土（不含黃土）的地基，除6度外，應(yīng)進行液化判別。對6度區(qū)一般情況下可不進行判別和處理，但對液化敏感的乙類建筑可按7度的要求進行判別和處理。

2)存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。2.3.2液化的判別及危害程度估計液化的判別兩大步驟：1.初步判別；2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別＊初步判別以地質(zhì)年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土層厚度等作為判斷條件(1)地質(zhì)年代為第四紀晚更新世(Q3)及以前時，7、8度可判為不液化；(2)當(dāng)粉土的粘粒（粒徑小于0.005mm的顆粒)含量百分率在烈度為7、8和9度時分別大于10、13和16可判為不液化；(3)采用天然地基的建筑，當(dāng)上覆非液化土層厚度和地下水位深度符合下列條件之一時，可不考慮液化影響。du---上覆非液化土層厚度(m)，計算時宜將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；db---基礎(chǔ)埋置深度(m),不超過2m時采用2m；dw---地下水位深度(m)

，宜按建筑使用期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi)年最高水位采用；d0---液化土特征深度(m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上面判別式（db=2)亦可用下圖表示：db>2時，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)7度8度9度du(m)1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)粉土7度9度8度du(m)查液化土特征深度表例2.3圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別需要進一步判定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2mdu=5.5m,dw=6m例2.3圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為砂土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2m,該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定du=5.5mdw=6mdw=6mdu=5.5mdb=2m砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)7度8度9度du(m)需要進一步判定是否考慮液化影響。例2.4圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m查液化土特征深度表解：9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別需要進一步判定是否考慮液化影響。du=5.5m,dw=6m例2.4圖示為某場地地基剖面圖上覆非液化土層厚度du=5.5m

其下為沙土，地下水位深度為dw=6m.基礎(chǔ)埋深db=2.5m,

該場地為8度區(qū)。確定是否考慮液化影響。解：按土層液化判別圖確定需要進一步判別是否考慮液化影響。dw=6mdu=5.5mdb=2m砂土1234567891012345678910dw(m)不考慮液化影響區(qū)須進一步判別區(qū)7度8度9度du(m)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別鉆孔至試驗土層上15cm處,用63.5公斤穿心錘，落距為76cm，打擊土層，打入30cm所用的錘擊數(shù)記作N63.5，稱為標(biāo)貫擊數(shù)。用N63.5與規(guī)范規(guī)定的臨界值Ncr比較來確定是否會液化。1---穿心錘2---錘墊3---觸探桿4---貫入器頭5---出水孔6---貫入器身7---貫入器靴細判--標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別初判條件均不能滿足時，地基土存在液化可能采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進一步判別其是否液化

——適用于一般情況

——適用于樁基或深基礎(chǔ)規(guī)范規(guī)定當(dāng)飽和可液化土的標(biāo)貫擊數(shù)N63.5的值小于Ncr值時，判為液化，否則判為不液化。N63.5＜Ncr時，應(yīng)判為液化土，否則為不液化土括號內(nèi)數(shù)值用于設(shè)計基本地震加速度為0.15和0.3g的地區(qū)12(15)---

8（10)第二、三組1610(13)

6（8）

第一組987設(shè)計地震分組烈度式中，——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)下限值；——液化判別標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按下表采用；——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度（m）；——土體粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或為砂土?xí)r，取32.3.3液化地基的評價地基液化指數(shù)

——15m（20m）深度范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗點的總數(shù)、——為i點標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的實測值和臨界值，當(dāng)＞時，應(yīng)取

——i點所代表的土層厚度（m）

——第i層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，當(dāng)該層中點深度不大于5m時應(yīng)采用10，等于15m時應(yīng)采用零值，5~15m時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值；若判別深度為20m，當(dāng)該層中點深度不大于5m時應(yīng)采用10，等于20m時應(yīng)采用零值，5~20m時應(yīng)按線性內(nèi)插法取值。采用土層柱狀液化等級判定。液化等級與相應(yīng)的震害液化等級

地面噴水冒砂情況

對建筑物的危害情況輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、訶邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重均有，多數(shù)屬中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂都很嚴重，地面變形很明顯危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，高重心結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不允許的傾斜判別深度20m時的液化指標(biāo)判別深度15m時的液化指標(biāo)

嚴重

中等

輕微

液化等級由液化指數(shù)，按下表確定液化等級2.3.4液化地基的抗震措施地基和上部結(jié)構(gòu)處理，或其它經(jīng)濟的措施可不采取措施可不采取措施丁類全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結(jié)構(gòu)處理基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，或更高要求的措施基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施丙類全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對地基和上部結(jié)構(gòu)處理部分消除液化沉陷，或?qū)Φ鼗蜕喜拷Y(jié)構(gòu)處理乙類嚴重中等輕微地基的液化等級建筑類別當(dāng)液化土層較平坦、均勻時，可按下表選用抗液化措施抗液化措施是對液化地基的綜合處理，總要求是：使處理后土層的標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)實測值大于相應(yīng)的臨界值。＊全部消除地基液化沉陷(1)樁基——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)按計算確定，對碎石土、礫，粗、中粗，堅硬粘性土不應(yīng)小于0.5m，其他非巖石不宜小于1.5m；具體要求：可采用樁基、深基礎(chǔ)、土層加密法、挖除全部液化土層等措施(2)深基礎(chǔ)——基礎(chǔ)底面埋人液化深度以下穩(wěn)定土層中的深度不應(yīng)小于0.5m；(3)加密方法（如振動加密、強夯等）——應(yīng)處理至液化深度下界，且處理后土層標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)實測值應(yīng)大于相應(yīng)下限值；(4)全部挖除液化土層(5)在采用加密法或換土法處理時，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬