建筑结构抗震第二章场地与地基

砂土液化机理
地震 饱和砂土、粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移 颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压 孔隙水压力急剧增加
颗粒结构趋于压密
孔隙水压力 = 土颗粒所受到的总的正压应力 土粒之间因摩擦产生的抗
砂土液化的危害
使土体的抗震强度丧失，引起地基不均匀沉陷,引发建筑物的破坏甚至倒塌
工作深入的场地区划还可以做出场地等效剪切波速等值线和 场地固有周期等值线。
场地固有周期T的计算： （剪切波重复反射理论 ） 场 地 区 划
式中
4d i T i 1 Vsi
n
场地等效剪切波速等值线 场地固有周期等值线
n ——计算深度范围内土层的分层数；
Vsi ——第 i 层土的剪切波速； d i ——第 i 层土的厚度。
一般土地基：
建造于一般土质天然地基上的房屋遭遇地震时 极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏
可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基： (1) 砌体房屋
(2) 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑： 1) 一般的单层厂房和单层空旷房屋；
2) 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋；
1.土层的地质年代； 2.土层的土粒的组成和密实程度； 3.砂土层埋置深度和地下水位深度； 4.地震烈度和地震持续时间。
2.3.2 液化的判别及危害程度估计
1、液化判别和处理的一般原则： 1) 对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基， 除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况 下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类 建筑可按7度的要求进行判别和处理。 2) 存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类 别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措 施。
2.1.4 场地的类别
场地类别确定根据：土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度
场
Ⅰ 0 Ⅱ
等效剪切波速 （m/s）
地
类
型
Ⅲ Ⅳ
vse 500
500 vse 250
250 vse 140 vse 140
5m 3m 3m
5m
3~50 3~15
50
15~80
80
第二章 场地与地基
主要内容
2.1场地划分与场地区划 2.2地基抗震验算 2.3场地土的液化与抗液化措施
§2.1 场地划分与场地区划
地震破坏作用
场地的震动作用和场地、地基的破坏作用。 场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施 振动而产生的破坏作用。
场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的 直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。 措施：合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。
3m
3~15
n
15~80
80
V (2)计算等效剪切波速，
se
d o / (d i / Vsi )
i 1
有：
1.5 2.0 4.0 Vse 7.5 /( ) 180 240 310 253.6
查表得， Vse 位于250～500m/s之间，且
d 0 >5m,
故属于Ⅱ类场地
§2.2 地基抗震验算
2.2.1 地基抗震设计原则
地基：建筑物基础下面受力层范围内的土层。
松软土地基和不均匀地基：
在地震区 处理方法： 地基处理措施：置换、加密、强夯等 桩基等深基础 上部结构的处理措施
消除土的动力不稳定性 饱和的淤泥和淤泥质土 冲填土和杂填土 不均匀地基土
不能不加处理地直接 用作建筑物的天然地基
避开可能失效的地基对上部建筑的不利影响
地基基础抗震设计
地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗 震验算来保证其抗震能力的。 地基基础抗震设计的一般要求 1) 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上； 2) 同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基； 3) 地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时， 宜加强基础的整体性和刚性； 4) 根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算 时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能 反映地基基础在不同阶段上的工作状态。
170 130 240 200 310 520
d 63m
(2)确定等效剪切波速
Vse d o / (d i / Vsi )
i 1 n
等效剪切波速 （m/s）
场
Ⅰ Ⅱ
地
类
型
Ⅲ Ⅳ
0 vse 500 d0 20 n 146.3577m/s d i 9.5 / 170 10.5 / 130 500 vse 250 5m i 1 vsi 250 vse 140 3m
唐山地震时，严 重液化地区喷水高度 可达8米，厂房沉降 可达1米。 天津地震时，海 河故道及新近沉积土 地区有近3000个喷水 冒砂口成群出现，一 般冒砂量0.1-1立方 米，最多可达5立方 米。有时地面运动停 止后，喷水现象可持 续30分钟。
砂土液化的危害(图)
南投埔里镇民富一街路面因土 壤液化而导致开裂及下陷 彰化县社头乡三幢三层楼透天住宅， 中间一幢有地下室，前后二幢皆无， 液化使前后两幢相对下沉40～70cm 图 发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南 投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。
多层土的地震效应主要取决于三个基本因素：
覆盖土层厚度
影响地震动的频谱特性
土层剪切波速
岩土阻抗比
——
影响共振放大效应
2.1.2 场地土剪切波速
场地土是指场地范围内深度在20m左右的地基土。一般用剪切 波速来反映场地土的软硬 土的类型划分和剪切波速范围
土的 类型 坚硬土 或岩石 中硬土
岩土名称和性状
稳定岩石，密实的碎石土
中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂， f ak 200 的粘性土和粉土，坚硬黄土
土层剪切波 速范围(m/s)
适用于： 10层和
高度30m以下 500 vs 250 的
250 vs 140 丙类建筑及
vs 500
中软土
软弱土
稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土, fak 200 的粘性土和粉土, fak 130 的填土
[解 ]
(1) 确定覆盖层厚度 v 500
se
等效剪切波速 （m/s）
场
Ⅰ 0 Ⅱ
地
类
Ⅲ
型
Ⅳ
500 vse 250 5m 5m 因为地表下7.5m 以下土层的 Vs= 520m/s>500m/s, 故覆 50 3~50 盖层厚度为7.5m250 vse 140 3m 140 vse
砂土液化的危害(图)
南投市公所社会科办公大楼前 之大草坪产生土壤液化情形
液化喷沙现象
图 发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南 投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。
液化使建筑物产生下列震害：
1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 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。 影响场地土液化的主要因素：
1.1
1.0
淤泥、淤泥质土，松散的砂、填土，新近堆积黄土及流塑黄土
2.2.3 地基抗震验算
p
步骤：
M
1.根据静力设计的要求确定基础尺寸 对地基进行强度和沉降量的核算
2.地基抗震强度验算 ：
（荷载组合；基础底面的压力取为直线分布 ）
平均压应力分布
p
实际压应力分布
M
基础底面地震作用效应标准组 合的平均压力值
或有现浇接头的装配整体式基础墙梁
2.2.2 地基土抗震承载力
天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力按下式计算 ：
faE = xa fa
faE ——调整后的地基土抗震承载力；
xa fa
——地基土抗震调整系数，按下表采用；
——深宽修正后的地基土静承载力特征值，按现行《建筑地基基础设计规范》采用
岩土名称和性状
s
1.5
1.3
f ak≥300kpa的粘性土 岩石，密实的碎石土，密实的砾，粗、中砂， 和粉土
中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密 的细、粉砂，150kpa≤f ak<300kpa的粘性土和粉土，坚硬黄土
稍密的细、粉砂，100kpa≤f ak <150kpa 的粘性土和粉土，新近沉积的粘性 土和粉土，可塑黄土
淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土， 填土，流塑黄土 f ak 130
丁类建筑
140 vs
f ak ---由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值
土层等效剪切波速 Vse 计算 ：
n di d0 vse i 1 vsi
n

Vse d o / (d i / Vsi )
例题[2-2]
已知某建筑场地的钻孔土层资 料如表所示，试确定该建筑场 地的类别。 (1)确定覆盖层厚度 解：
层底深度(m)
土层厚度(m)
土的名称
剪切波速m/s
9.5 37.8 43.6 60.1 63 69.5
9.5 28.3 5.8 16.5 2.9 6.5
砂
淤泥质粘土 砂 淤泥质粘土 细砂 砾混粗砂
p £ faE
零应力区
基础边缘地震作用效应标准组 合的最大压力值
pmax £ 1.2 faE
§2.3 地基土液化及其防治
2.3.1 地基土液化及其危害
处于地下水位以下的饱和砂土 和粉土的土颗粒结构受到地震作用 时将趋于密实，使空隙水压力急剧 上升，而在地震作用的短暂时间内， 这种急剧上升的空隙水压力来不及 消散，使原有土颗粒通过接触点传 递的压力减小，当有效压力完全消 失时，土颗粒处于悬浮状态之中。 这时，土体完全失去抗剪强度而显 示出近于液体的特性。这种现象称 为液化。 液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。