第2章场地与地基课件.ppt

1、 2.1 场场 地地场地是指建筑群体所在地，其范围相当于厂区、场地是指建筑群体所在地，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。的平面面积。场地条件对建筑震害的主要影响因素：场地土的场地条件对建筑震害的主要影响因素：场地土的刚性（坚硬或密实程度）大小刚性（坚硬或密实程度）大小、场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度。场地土的刚性一般用土的场地土的刚性一般用土的剪切波速剪切波速表示，因为剪表示，因为剪切波速是土的重要动力参数，是最能反映场地土切波速是土的重要动力参数，是最能反映场地土的动力特性的。因此，以剪切波速表示场地土的的动力特性的。因此，以剪切波速表示

2、场地土的刚性广为各国规范所采用刚性广为各国规范所采用。2.1.1建筑场地的类别建筑场地的类别，应根据建筑场地的类别，应根据土层等效剪切波速土层等效剪切波速和和场场地覆盖层厚度地覆盖层厚度按按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范表表4.1.6划划分为四类。见教材表分为四类。见教材表2-1。（1）土层等效剪切波速的计算公式：）土层等效剪切波速的计算公式：（2）建筑场地覆盖层厚度的确定方法：）建筑场地覆盖层厚度的确定方法：土层等效剪切波速的计算公式土层等效剪切波速的计算公式tdvose/nisiivdt1)/(建筑场地覆盖层厚度的确定建筑场地覆盖层厚度的确定（1）一般情况下，应按地面至剪切波速大于一般情

3、况下，应按地面至剪切波速大于500m/s500m/s的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。（2）当地面当地面5m5m以下存在剪切波速大于相邻上层以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的土剪切波速的2.52.5倍的土层，且其下卧层土的剪切倍的土层，且其下卧层土的剪切波速均不小于波速均不小于400m/s400m/s时，可取地面至该土层顶面时，可取地面至该土层顶面的距离和地面至剪切波速大于的距离和地面至剪切波速大于500m/s500m/s的坚硬土层的坚硬土层或岩层顶面距离二者中的较小值。或岩层顶面距离二者中的较小值。（3）剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，

4、的孤石、透镜体，应视为周围土层。应视为周围土层。（4）厚度不大于厚度不大于5m、剪切波速大于、剪切波速大于500m/s和剪切波速大于和剪切波速大于400m/s且大于相邻上层土剪切且大于相邻上层土剪切波速波速2.5倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中扣除，其厚度也不计入。扣除，其厚度也不计入。2.1.2 场地土的类型sm/500sv200akf250500sv200akf130akf土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围 坚硬土或岩石稳定岩石、密实的碎石土中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中软土稍密的砾、粗、中砂,除松散砂

5、外的细粉砂，的粘性土和粉土，的填土、可塑黄土软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土140250sv130akf140sv2.2 地震时地面运动特征2.2.1 2.2.1 场地土的卓越周期场地土的卓越周期地震波是一种波形十分复杂的行波。根据谐波分地震波是一种波形十分复杂的行波。根据谐波分析原理，可以将它看作是由几个简谐波叠加而成析原理，可以将它看作是由几个简谐波叠加而成。场地土对基岩传来的各种谐波分量都有放大作。场地土对基岩传来的各种谐波分量都有放大作用，但对其中有的放大的多，有的放大的少。也用，但对其中有的放大的多，有的放大的少。也就是说，不同的场地土对地震波

6、有不同的放大作就是说，不同的场地土对地震波有不同的放大作用。用。104svvdT 为土层的卓越周期，也就是土的自振周期。由于地层土质和厚度不同，表土层的卓越周期一般可自0.1秒至数秒。土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明，凡是建筑物的自振周期与土的卓震害调查表明，凡是建筑物的自振周期与土的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此，在结构抗震设计中，应使建筑物的自振周期此，在结构抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开

7、土的卓越周期，以免产生类共振现象。避开土的卓越周期，以免产生类共振现象。2.2.2地震时的地面运动地震时地面运动加速度记录是地震工程的基本数地震时地面运动加速度记录是地震工程的基本数据。在绘制加速度反应谱曲线和进行结构地震反据。在绘制加速度反应谱曲线和进行结构地震反应直接动力计算时，都要用到强震地面运动加速应直接动力计算时，都要用到强震地面运动加速度记录。度记录。2.3 地基基础抗震验算在地震作用下，为了保证建筑物的安全和正常使在地震作用下，为了保证建筑物的安全和正常使用，对地基而言，与静力计算一样，亦应同时满用，对地基而言，与静力计算一样，亦应同时满足变形和地基承载力的要求。但是，由于在地震

8、足变形和地基承载力的要求。但是，由于在地震作用下地基变形过程十分复杂，目前还没有条件作用下地基变形过程十分复杂，目前还没有条件进行这方面的定量计算。因此，进行这方面的定量计算。因此，建筑抗震设计建筑抗震设计规范规范规定，只要对地基抗震承载力进行验算，规定，只要对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条件，则通过对上部结构或地基基至于地基变形条件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来弥补。础采取一定的抗震措施来弥补。规范规范规定，建筑在天然地基上的以下规定，建筑在天然地基上的以下建筑，可以不进行地基抗震承载力验证：建筑，可以不进行地基抗震承载力验证：(1)(1)砌体房屋；砌体房屋；(2)

9、(2)地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：的下列建筑：一般单层厂房和单层空旷房屋；一般单层厂房和单层空旷房屋；不超过不超过8 8层且高度在层且高度在25m25m以下的一般民用框架房以下的一般民用框架房屋；屋；基础荷载与基础荷载与项相当的多层框架厂房。项相当的多层框架厂房。(3)(3)抗震规范抗震规范规定可不进行上部结构抗震验规定可不进行上部结构抗震验算的建筑算的建筑。2.3.2天然地基抗震承载力验算（1）验算公式验算公式aEfaEf2.1maxaaaEff（210）（211）（212）(2)地基土抗震承载力设计值的确定要确定地基土抗震承载力就

10、要研究动力荷载作用要确定地基土抗震承载力就要研究动力荷载作用下土的强度，即下土的强度，即土的动力强度土的动力强度（简称动强度）。（简称动强度）。动强度一般按动荷载和静荷载作用下，在一定的动强度一般按动荷载和静荷载作用下，在一定的动荷载循环次数下，土样达到一定应变值（常取动荷载循环次数下，土样达到一定应变值（常取静荷载的极限应变值）时的总作用应力。静荷载的极限应变值）时的总作用应力。地基抗震承载力提高的原因（1 1）地震是一种偶然作用，历时短暂，因而地基）地震是一种偶然作用，历时短暂，因而地基在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降低或者说地基承载力安

11、全系数可比静载时降低。低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。（2 2）地震是低频（）地震是低频（15Hz）的有限次（）的有限次（1030次）脉冲作用，在这样条件下，除十分软弱的土次）脉冲作用，在这样条件下，除十分软弱的土外，大多数土的动强度都比静强度高。外，大多数土的动强度都比静强度高。2.4场地土的液化与抗液化措施2.4.1 2.4.1 场地土的液化现象场地土的液化现象 2.4.1.1 2.4.1.1 液化的概念液化的概念定义：位于地下水位以下的饱和的松砂和粉土在定义：位于地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势（图地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势（图2-5a

12、2-5a）但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，如液体一样（图如液体一样（图2-5b2-5b）这种现象就称为土的液化。）这种现象就称为土的液化。图2-5 土的液化示意图在近代地震史上，在近代地震史上，19641964年年6 6月日本新瀉地震使很月日本新瀉地震使很多建筑的地基失效，就是饱和松砂发生液化的典多建筑的地基失效，就是饱和松砂发生液化的典型事例。这次地震开始时，使该城市的低洼地区型事例。这次地震开始时，使该城市的低洼地区出现了大面积砂层液化，地面多处喷砂冒水，继出现了大面积砂层液化，地面多处喷砂冒水，继而在大面积液化地区上的汽车和建筑逐渐

13、下沉。而在大面积液化地区上的汽车和建筑逐渐下沉。而一些诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。而一些诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。新瀉地震后，土的动强度和液化问题更加引起国新瀉地震后，土的动强度和液化问题更加引起国内外地震工作者的关注。内外地震工作者的关注。根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。我们知道，饱和砂土的抗剪强度可写成：tan)(tanuf式中 剪切面上有效法向压应力（粒间压应力）；剪切面上总的法向压应力；剪切面上孔隙水压力；土的内摩擦角。u地震时，由于场地土作强烈振动，孔隙水压力急剧增高，直至与总的法向压应力 相等，即有效法向压应力 时，砂土颗粒

14、便呈悬浮状态。土体抗剪强度 ，从而使场地土失去承载能力。u0u0f2.4.1.2 影响液化的因素(1)土的组成新细砂和粗砂比较，细砂的渗透性比粗砂低，所以细砂比粗砂更容易液化。较粗的砂粒也有发生液化的实例。但因其比细砂的透水性高，孔隙水的超压作用时间也短，并且液化造成的变位也小。从震害资料看，砾砂和粗砂很少发生液化。(2)砂土的密实程度砂土越松越容易液化。1964年日本新瀉地震表明，相对密度大于70%的地方，普遍地看到液化现象，而相对密度小于50%的地方就没有液化。(3)砂层埋深和地下水位的影响砂层埋深越大，地下水位越低，即有效覆盖层压力越大，砂层就不容易液化。当侧限压力越大，越不容易液化。(

15、4)地震烈度的大小和地震持续时间烈度越高的地区，地面运动的强度就越大，一般烈度在6度及以下的地区，很少看到有液化现象，而在7度及以上地区，则烈度越高液化现象越严重。地震的持续时间长短也是确定液化可能性的一个重要因素。地震时间越长，砂的颗粒间所受应力周次也越大。2.4.1.3 场地土液化对建筑物产生的震害（1）地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜。（2）不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂。（3）室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉2.4.2场地土液化的判别方法 地基土液化判别过程可分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。1.初

16、步判别 饱和的砂土或粉土（不含黄土）当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可以不考虑液化影响。(1)地质年代为地四纪晚更新世及其以前且设防烈度为7、8度时；(2)粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率（），当烈度为7度、8度、9度时分别大于10、13、16时；(3）30bwddd20buddd5.425.10bwudddd 上覆非液化土层厚度是指地震时能抑制可液化土层喷砂冒水的厚度。构成覆盖层的非液化层除天然地层外，还包括堆积五年以上或地震承载力大于100kpa的人工填土层。当覆盖层中夹有软土层，对抑制喷砂作用很小，且其本身在地震中很可能发生软化现象时，该土层应从覆盖层中扣除

17、。覆盖层厚度一般从第一层可液化土层的顶面计至地表。地下水位高低是影响喷砂冒水的一重要因素。实际震害调查表明，当砂土和粉土的地下水位不小于下表所列限值时，未发现土层发生液化现象。表2-5a 土层不考虑液化时覆盖层厚度和地下水位界限值 和 烈度土类及项目789砂土789678粉土678567)(mduj)(mdwj)(mduj)(mdwj)(mduj)(mdwj 式（27）的含义式中db-2，则是考虑基础埋置深度db2m对不考虑土层液化时覆盖层厚度的界限值修正项。表2-5中不考虑土层液化界限值duj是在基础埋置深度db2m的条件下确定的。因为这时饱和土层位于地基主要受力层（厚度为Z）之下或下端，它

18、的液化与否不会引起房屋的有害影响，但当db2m时，液化土层有可能进入地基主要受力层范围内，对房屋造成不利影响。因此，不考虑土层液化时覆盖层厚度界限值应增加。由此可知，式（2-7）是不考虑土层液化的覆盖层厚度的条件。式（26）的含义210bwddd比较表（2-5）和（2-5a）可知，d0-1 。式中 db-2 为基础埋置深度db2m时地下水位深度界限值的修正项。式（2-6）是不考虑土层液化的地下水位深度条件。wjd2bwjwddd 式（2-8）的概念（2-8）式改写成下式：2)2(5.05.10bwudddd式中，1.5d0-0.5 就是按图中线段AB上任一点C的纵、横坐标之和。2.准贯入试验判

19、别 当上述所有条件均不能满足时，地基土存在液化可能。此时，应采用标准贯入试验进一步判别其是否液化。(1)一般情况下，当地面下15m深度范围内的锤击数N63.5(未经杆长修正)小于下式确定的临界值Ncr时，应判为液化土，否则为非液化土。cwscrddNN3)(1.09.00上式可以改写成下面形式：砂土)2(1.0)3(1.011.01.01.01)(1.09.0000wswswscrddNddNddNN式（2-9）中的N0是在发生液化平均深度（饱和土标准贯入点深度）ds=3m和地下水位dw=2m条件下测定的。因此，式0.1(ds-3)和0.1(dw-2)分别为ds3m和dw2m的修正项，其中0.

20、1为修正系数。粉土式（29）中 是在砂土锤击数临界值公式基础上考虑粉土影响的修正项。c/3（2）在地面下15-20m深度范围的Ncr公式cscrdNN3)1.04.2(0砂土)1.04.2(0scrdNN粉土cscrdNN/3)1.04.2(0（15mds20m）实际上，上式是由式（2-9）取ds=15m时得到的。这是考虑到ds15m时土的液化锤击数临界值随深度加深起初稍许增加随后缓慢递减，而呈非线性变化。这时如按式（2-9）计算，结果将过于保守。根据现有液化资料分析，当ds15m时，取ds=15m仍按式（2-9）计算，则这种处理方法既简单又较接近实际。2.4.3液化地基的评价 2.4.3.1

21、评价的意义 过去，对场地土液化问题仅根据判别式给出液化或非液化两种结论。因此，不能对液化危害性做出定量的评价，从而也就不能采取相应的抗液化措施。很显然，地基土液化程度不同，对建筑的危害也不同。因此，对液化地基危害性的分析和评价是建筑抗震设计中一个重要的问题。2.4.3.2液化指数 为了鉴别场地土液化危害的严重程度，抗震规范给出了液化指数的概念。在同一地震烈度下，液化层的厚度越厚埋藏越浅，地下水位越高，实测标准贯入锤击数与临界标准贯入锤击数相差越多，液化就越严重，带来的危害性就越大。液化指数是比较全面反映了上述各因素的影响。niiicriilEWdNNI1)1(注意式中符号的意义。2.4.3.3 地基液化的等级2.4.4液化地基的抗震措施