第2章場地、地基和基礎(chǔ)抗震

第2章場地、地基和基礎(chǔ)抗震2.1概述2.2工程地質(zhì)條件對震害的影響2.3場地2.4地基基礎(chǔ)抗震驗算2.5地基液化2.1概述場地的特點地震波傳播介質(zhì)結(jié)構(gòu)物地基

作為地震波傳播介質(zhì)，地震波通過場地地基迫使結(jié)構(gòu)發(fā)生強迫震動而破壞。作為結(jié)構(gòu)地基，地面震動可使地基喪失穩(wěn)定性，砂土液化，軟土震陷等，地基失效發(fā)生結(jié)構(gòu)傾斜倒塌。建筑物震害分類結(jié)構(gòu)震動破壞地基失效引起破壞2.2工程地質(zhì)條件對震害的影響一、局部地形的影響從宏觀經(jīng)驗和地震反應(yīng)分析可知，局部高突地形和非巖質(zhì)地基對建筑物震害有很大影響，局部高突地形對地震有明顯的放大作用。

規(guī)范規(guī)定：

當(dāng)需要在條狀突出山嘴、高聳孤立山丘、陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時，除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應(yīng)估計不利地段對設(shè)計地震動參數(shù)的放大作用，其水平地震影響系數(shù)應(yīng)乘以增大系數(shù)。其值在1.1-1.6之間采用。二、局部地質(zhì)構(gòu)造的影響局部地質(zhì)構(gòu)造的定義局部地質(zhì)構(gòu)造主要指斷裂斷裂的分類發(fā)震斷裂

非發(fā)震斷裂——具有潛在地震活動的斷裂——不具有潛在地震活動的斷裂與發(fā)震斷裂活動性有關(guān)的因素地震震級大小

覆蓋層厚度地質(zhì)年代《抗規(guī)》有關(guān)規(guī)定符合相關(guān)規(guī)定下可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響。

不符合上述規(guī)定情況下，應(yīng)避開主斷裂帶，避讓距離不宜小于規(guī)范表4.1.7的規(guī)定。抗規(guī)4.1.7條2.3場地場地：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、

場地特性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定義影響建筑物震害的因素:1967年委內(nèi)瑞拉加拉加斯地震下臥層的構(gòu)成、覆蓋層厚度一、場地條件對震害的影響

●場地土層對地震波的過濾及放大作用：地震波由許多頻率不同的成分組成，在地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有頻率相接近的頻率波群將被放大，而另一些頻率波群被衰減甚至被完全過濾掉?！竦卣饎幼吭街芷冢旱卣鸩ㄕ穹V中幅值最大的頻率分量所對應(yīng)的周期?！駡龅貤l件兩大因素：場地土剛度、覆蓋層厚度。兩個因素共同決定了場地土層對地震波的作用。2.3場地

●不同場地的振動特征：●不同周期的建筑物在不同場地上的表現(xiàn)：軟弱地基：固有周期長，振幅大，振動持續(xù)時間長堅硬地基：固有周期短，振幅小，振動持續(xù)時間短軟弱地基上，柔性結(jié)構(gòu)（長周期結(jié)構(gòu)）震害嚴(yán)重，剛性結(jié)構(gòu)（短周期結(jié)構(gòu)）震害較弱堅硬地基上，剛性結(jié)構(gòu)（短周期結(jié)構(gòu)）震害嚴(yán)重，柔性結(jié)構(gòu)（長周期結(jié)構(gòu)）震害較弱●地震動卓越周期的決定因素：由于場地土層的過濾和放大作用，當(dāng)?shù)卣鸩ㄖ心承╊l率成分與場地土固有周期相近時，由于共振，該成分的幅值將被放大最大，故地表地震動的卓越周期在很大程度上取決于場地的固有周期。二、場地土類型

●由于場地土層往往具有非單一性，所以應(yīng)按反應(yīng)各土層綜合剛度的等效剪切波速來確定場地土的類型。等效剪切波速即土層平均剪切波速，可按下式計算：●土的類型取決于土的剛度，土的剛度可按土的剪切波速劃分。

式中：

——土層等效剪切波速（m/s)

——計算深度（m），取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值

——剪切波在地表與計算深度之間傳播的時間（s）

《抗規(guī)》規(guī)定：對丁類建筑及層數(shù)不超過10層且高度不超過30m的丙類建筑，當(dāng)無實測剪切波速時，可根據(jù)巖土名稱和性狀，按表劃分土的類型，再利用當(dāng)?shù)亟?jīng)驗在該表所示的剪切波速范圍內(nèi)估計各土層的剪切波速。

——土計算深度范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）

——計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)

——計算深度范圍內(nèi)第i層土的剪切波速（m/s）淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，的填土，流塑黃土軟弱土稍密的的礫、粗、中砂,除松散外的細(xì)、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，密實的碎石土堅硬或巖石土層剪切速范圍(m/s)

巖土名稱和性狀土的類型---由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值三、場地覆蓋層厚度

●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。

指從地表到地下基巖面的距離。※場地覆蓋層厚度定義：※《規(guī)范》對確定場地覆蓋層厚度的要求：

●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，可按地面至該土層頂面的距離確定。

●剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視同周圍土層。

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

2024/1/2311

四、場地類別劃分《建筑抗震規(guī)范》根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度將建筑的場地劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類，其中Ⅰ類分為兩個亞類。剪切波速：剪切波在土層中傳播的速度。可根據(jù)土的剪切波速對土進(jìn)行劃分，參見教材，表等效剪切波速：以剪切波在土層中傳播時間不變的原則定義的土層平均剪切波速，參見教材場地覆蓋層厚度：指地表至，地下基巖面的距離，參見教材相關(guān)規(guī)定。注：各類建筑場地的覆蓋層厚度（m）等效剪切波速（m/s）場地類別Ⅰ0ⅡⅢⅣVse﹥800500≧Vse﹥250250≧Vse﹥150Vse≦1500﹤5≧5﹤3﹤33～503～15﹥5015～80﹥80Ⅰ1800≧Vse﹥50002024/1/2312※場地類別對高層建筑設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的影響●當(dāng)建筑場地為Ⅰ類時，對甲、乙類建筑，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施?！癞?dāng)建筑場地為Ⅰ類時，對于丙類建筑，除6度外應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施?！癞?dāng)建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類時，對設(shè)計基本地震加速度為0.15g（7度0.15g區(qū)）和0.3g（8度0.3g區(qū)）的地區(qū)，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度和9度時各類建筑的要求采取抗震構(gòu)造措施。例題[2-1]已知某建筑場地的鉆孔地質(zhì)資料如表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=7.5m(1)確定覆蓋層厚度[解](2)計算等效剪切波速，按式（2-2）有

查表得，位于250～500m/s之間，且故屬于Ⅱ類場地>5m,

五、場地選擇《建筑抗震規(guī)范》規(guī)定在選擇建筑場地時，宜盡量選擇對結(jié)構(gòu)抗震有利的地段；慎重使用建筑抗震一般地段；盡可能避開對結(jié)構(gòu)抗震不利的地段；除非特殊需要，不得在抗震危險地段上建造工程結(jié)構(gòu)。《建筑抗震規(guī)范》將建筑場地劃分為對建筑物抗震有利、一般地段、不利和危險的地段。如教材表2.6所示。一、地基可不驗算范圍2.4地基基礎(chǔ)抗震驗算地基：建筑物基礎(chǔ)下面受力層范圍內(nèi)的土層。定義

我國《抗規(guī)》對于量大面廣的一般性地基和基礎(chǔ)不做抗震驗算，而對于容易產(chǎn)生地基基礎(chǔ)震害的液化地基、軟土地基和嚴(yán)重不均勻地基，則規(guī)定了相應(yīng)的抗震措施，以避免和減輕震害。＊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(jìn)行天然地基及基礎(chǔ)的抗震承載力驗算的地基：4）砌體房屋（1）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24m以下的一般民用框架和框架抗震墻房屋；

3）基礎(chǔ)荷載與2）項相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。（2）規(guī)范中規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的建筑。＊松軟土地基和不均勻地基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)＊液化地基在地震區(qū)必須進(jìn)行液化判別二、

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(xì)、粉砂，150kpa≤<300kpa的粘性土和粉土，堅硬黃土

1.3稍密的細(xì)、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

1.0三、

天然地基抗震驗算

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(jìn)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)組合的最大壓力值返回目錄2.5地基土液化及其防治

飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時易發(fā)生液化現(xiàn)象，地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現(xiàn)象一般稱為砂土液化或地基土液化。1964年美國Alaska和日本新澙地震中大量出現(xiàn)。2.5.1地基土液化及其危害定義：砂土液化（地基土液化）液化的宏觀標(biāo)志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水

唐山地震時，嚴(yán)重液化地區(qū)噴水高度可達(dá)8米，廠房沉降可達(dá)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(dá)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。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(dá)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(dá)7.3級的大地震。2.5.2液化的判別1.初步判別；＊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(jì)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；兩大步驟：2.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別（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?！叵滤簧疃龋╩），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——液化土特征深度，按右表采用——上覆非液化土層厚度（m），計算時應(yīng)注意將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除——基礎(chǔ)埋置深度（m），小于2m時應(yīng)采用2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度飽和土類別上面判別式（db=2)亦可用右圖表示：db>2時，在du、dw中減去（db-2)后再查圖確定。＊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(jìn)一步判別其是否液化標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗設(shè)備：由穿心錘、觸探桿、貫入器等組成試驗時，先鉆至測試土層標(biāo)高以上15cm，再將貫入器放至該土層處，在錘落距為76cm的條件下，連續(xù)打入土層30cm，所得錘擊數(shù)為

——適用于一般情況——適用于樁基或深基礎(chǔ)N63.5＜Ncr時，應(yīng)判為液化土，否則為不液化土烈度7度8度9度基準(zhǔn)值7（0.1）12（0.2）19基準(zhǔn)值10（0.15）16（0.3）表2-9標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值式中——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，按教材表2-9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，?。?。2.5.3液化地基的評價地基液化指數(shù)——判別深度范圍內(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。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(yán)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(dá)200mm嚴(yán)重一般噴水冒砂都很嚴(yán)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液化指標(biāo)

嚴(yán)重

中等

輕微

液化等級由液化指數(shù)，按下表確定液化等級某工程按8度設(shè)防，其工程地質(zhì)年代屬Q(mào)4，鉆孔資料自上向下為：砂土層至2.1m，砂礫層至4.4m，細(xì)砂至8.0m，粉質(zhì)粘土層至15m；砂土層及細(xì)砂層粘粒含量均低于8％；地下水位深度1.0m；基礎(chǔ)埋深1.5m；設(shè)計地震場地分組屬于第一組。試驗結(jié)果如表2-9，試對該工程場地液化可能作出評價。[例2-2][解](1)初判Q4;du=0

;

故均不滿足不液化條件，需進(jìn)一步判別;;(2)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別式中N0=10（8度、第一組），dw=1.0，題中已給出各標(biāo)準(zhǔn)貫點所代表土層厚度，計算結(jié)果見表2-9，可見4點為不液化土層；1)按式計算

2）計算層位影響函數(shù)，例如第一點，地下水位為1.0m，故上界為1.0m，土層厚1.1m，故第二點，上界為砂礫層層底深4.4m，代表土層厚1.1m，故，余類推。(3)按式最終給出ILE=12.16，據(jù)下表2-7，液化等級為中等。計算各層液化指數(shù)，結(jié)果見下表判別深度20m時的液化指標(biāo)判別深度15m時的液化指標(biāo)

嚴(yán)重

中等

輕微

液化等級2.5.4液化地基的抗震措施建筑類別地基的液化等級輕微中等嚴(yán)重乙類部分消除液化沉陷，或?qū)A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理全部消除液化沉陷丙類對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行處