第2章場地與地基ppt課件

1、 2.1 場 地場地是指建筑群體所在地，其范圍相當(dāng)于廠區(qū)、場地是指建筑群體所在地，其范圍相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于居民小區(qū)和自然村或不小于1.0km2的平面面積。的平面面積。場地條件對建筑震害的主要影響因素：場地土的場地條件對建筑震害的主要影響因素：場地土的剛性堅(jiān)硬或密實(shí)程度大小、場地覆蓋層厚度。剛性堅(jiān)硬或密實(shí)程度大小、場地覆蓋層厚度。 場地土的剛性一般用土的剪切波速表示，因?yàn)榧魣龅赝恋膭傂砸话阌猛恋募羟胁ㄋ俦硎?，因?yàn)榧羟胁ㄋ偈峭恋闹匾獎恿?shù)，是最能反映場地土切波速是土的重要動力參數(shù)，是最能反映場地土的動力特性的。因而，以剪切波速表示場地土的的動力特性的。因而，以剪切波速表示場地土

2、的剛性廣為各國規(guī)范所采用。剛性廣為各國規(guī)范所采用。 2.1.1建筑場地的類別建筑場地的類別，應(yīng)根據(jù)土層等效剪切波速和場建筑場地的類別，應(yīng)根據(jù)土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度按地覆蓋層厚度按表表4.1.6劃分劃分為四類。見教材表為四類。見教材表2-1。 （1土層等效剪切波速的計(jì)算公式： （2建筑場地覆蓋層厚度的確定方法：土層等效剪切波速的計(jì)算公式土層等效剪切波速的計(jì)算公式tdvose/nisiivdt1)/( 建筑場地覆蓋層厚度的確定 （1一般情況下，應(yīng)按地面至剪切波速大于500m/s的堅(jiān)硬土層或巖層頂面的距離確定。 （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的2.5倍的土層，且其下臥

3、層土的剪切波速均不小于400m/s時(shí)，可取地面至該土層頂面的距離和地面至剪切波速大于500m/s的堅(jiān)硬土層或巖層頂面距離二者中的較小值。（ 3剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應(yīng)視為周圍土層。的孤石、透鏡體，應(yīng)視為周圍土層。（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且大于相鄰上層土剪切波速且大于相鄰上層土剪切波速2.5倍的硬夾層，應(yīng)視為剛倍的硬夾層，應(yīng)視為剛體，從覆蓋層中扣除，其厚度也不計(jì)入。體，從覆蓋層中扣除，其厚度也不計(jì)入。2.1.2 場地土的類型sm/500sv200akf250500sv200akf13

4、0akf土的類型巖土名稱和性狀土層剪切波速范圍 堅(jiān)硬土或巖石穩(wěn)定巖石、密實(shí)的碎石土中硬土中密、稍密的碎石土，密實(shí)、中密的礫、粗、中砂， 的粘性土和粉土，堅(jiān)硬黃土中軟土稍密的礫、粗、中砂,除松散砂外的細(xì)粉砂， 的粘性土和粉土，的填土、可塑黃土軟弱土淤泥和淤泥質(zhì)土，松散的砂，新近沉積的粘性土和粉土，的填土，流塑黃土140250sv130akf140sv2.2 地震時(shí)地面運(yùn)動特征2.2.1 2.2.1 場地土的卓越周期場地土的卓越周期地震波是一種波形十分復(fù)雜的行波。根據(jù)諧波分地震波是一種波形十分復(fù)雜的行波。根據(jù)諧波分析原理，可以將它看作是由幾個(gè)簡諧波疊加而成。析原理，可以將它看作是由幾個(gè)簡諧波疊加而

5、成。場地土對基巖傳來的各種諧波分量都有放大作用，場地土對基巖傳來的各種諧波分量都有放大作用，但對其中有的放大的多，有的放大的少。也就是但對其中有的放大的多，有的放大的少。也就是說，不同的場地土對地震波有不同的放大作用。說，不同的場地土對地震波有不同的放大作用。104svvdT 為土層的卓越周期，也就是土的自振周期。由于地層土質(zhì)和厚度不同，表土層的卓越周期一般可自0.1秒至數(shù)秒。 土的卓越周期是場地的重要動力特性之一。震害調(diào)查表明，凡是建筑物的自振周期與土的卓越周期相等或接近時(shí)，建筑物的震害都有加重的趨勢。這是由于建筑物發(fā)生類共振現(xiàn)象所致。因而，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)使建筑物的自振周期避開土的卓越

6、周期，以免產(chǎn)生類共振現(xiàn)象。 2.2.2地震時(shí)的地面運(yùn)動地震時(shí)地面運(yùn)動加速度記錄是地震工程的基本數(shù)地震時(shí)地面運(yùn)動加速度記錄是地震工程的基本數(shù)據(jù)。在繪制加速度反應(yīng)譜曲線和進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反據(jù)。在繪制加速度反應(yīng)譜曲線和進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)直接動力計(jì)算時(shí)，都要用到強(qiáng)震地面運(yùn)動加速應(yīng)直接動力計(jì)算時(shí)，都要用到強(qiáng)震地面運(yùn)動加速度記錄。度記錄。2.3 地基基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算在地震作用下，為了保證建筑物的安全和正常使在地震作用下，為了保證建筑物的安全和正常使用，對地基而言，與靜力計(jì)算一樣，亦應(yīng)同時(shí)滿用，對地基而言，與靜力計(jì)算一樣，亦應(yīng)同時(shí)滿足變形和地基承載力的要求。但是，由于在地震足變形和地基承載力的要求。但是，由于在地震作

7、用下地基變形過程十分復(fù)雜，目前還沒有條件作用下地基變形過程十分復(fù)雜，目前還沒有條件進(jìn)行這方面的定量計(jì)算。因而，進(jìn)行這方面的定量計(jì)算。因而，建筑抗震設(shè)計(jì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范 規(guī)定，只要對地基抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算，至規(guī)定，只要對地基抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算，至于地基變形條件，則通過對上部結(jié)構(gòu)或地基基礎(chǔ)于地基變形條件，則通過對上部結(jié)構(gòu)或地基基礎(chǔ)采取一定的抗震措施來彌補(bǔ)。采取一定的抗震措施來彌補(bǔ)。 規(guī)范規(guī)范 規(guī)定，建筑在天然地基上的以下建規(guī)定，建筑在天然地基上的以下建筑，可以不進(jìn)行地基抗震承載力驗(yàn)證：筑，可以不進(jìn)行地基抗震承載力驗(yàn)證：(1)(1)砌體房屋；砌體房屋；(2)(2)地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱粘

8、性土層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：的下列建筑：一般單層廠房和單層空曠房屋；一般單層廠房和單層空曠房屋；不超過不超過8 8層且高度在層且高度在25m25m以下的一般民用框架房以下的一般民用框架房屋；屋；基礎(chǔ)荷載與基礎(chǔ)荷載與項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。項(xiàng)相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房。(3)(3)抗震規(guī)范抗震規(guī)范 規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)規(guī)定可不進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的建筑。算的建筑。2.3.2天然地基抗震承載力驗(yàn)算（1驗(yàn)算公式aEfaEf2 . 1maxaaaEff（210）（211）（212）(2)地基土抗震承載力設(shè)計(jì)值的確定要確定地基土抗震承載力就要研究動力荷載作用要確定地基土抗震承載力

9、就要研究動力荷載作用下土的強(qiáng)度，即土的動力強(qiáng)度簡稱動強(qiáng)度）。下土的強(qiáng)度，即土的動力強(qiáng)度簡稱動強(qiáng)度）。動強(qiáng)度一般按動荷載和靜荷載作用下，在一定的動強(qiáng)度一般按動荷載和靜荷載作用下，在一定的動荷載循環(huán)次數(shù)下，土樣達(dá)到一定應(yīng)變值常取動荷載循環(huán)次數(shù)下，土樣達(dá)到一定應(yīng)變值常取靜荷載的極限應(yīng)變值時(shí)的總作用應(yīng)力。靜荷載的極限應(yīng)變值時(shí)的總作用應(yīng)力。 地基抗震承載力提高的原因（1 1地震是一種偶然作用，歷時(shí)短暫，因而地基地震是一種偶然作用，歷時(shí)短暫，因而地基在地震作用下可靠度的要求可較靜力作用下時(shí)降在地震作用下可靠度的要求可較靜力作用下時(shí)降低或者說地基承載力安全系數(shù)可比靜載時(shí)降低。低或者說地基承載力安全系數(shù)可比靜

10、載時(shí)降低。（2 2地震是低頻地震是低頻15Hz15Hz的有限次的有限次10301030次次脈沖作用，在這樣條件下，除十分軟弱的土脈沖作用，在這樣條件下，除十分軟弱的土外，大多數(shù)土的動強(qiáng)度都比靜強(qiáng)度高。外，大多數(shù)土的動強(qiáng)度都比靜強(qiáng)度高。 2.4場地土的液化與抗液化措施2.4.1 2.4.1 場地土的液化現(xiàn)象場地土的液化現(xiàn)象 2.4.1.1 液化的概念定義：位于地下水位以下的飽和的松砂和粉土在定義：位于地下水位以下的飽和的松砂和粉土在地震作用下，土顆粒之間有變密的趨勢圖地震作用下，土顆粒之間有變密的趨勢圖2-5a2-5a但因孔隙水來不及排出，使土顆粒處于懸浮狀態(tài)，但因孔隙水來不及排出，使土顆粒處于

11、懸浮狀態(tài)，如液體一樣圖如液體一樣圖2-5b2-5b這種現(xiàn)象就稱為土的液化。這種現(xiàn)象就稱為土的液化。圖2-5 土的液化示意圖在近代地震史上，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，就是飽和松砂發(fā)生液化的典多建筑的地基失效，就是飽和松砂發(fā)生液化的典型事例。這次地震開始時(shí)，使該城市的低洼地區(qū)型事例。這次地震開始時(shí)，使該城市的低洼地區(qū)出現(xiàn)了大面積砂層液化，地面多處噴砂冒水，繼出現(xiàn)了大面積砂層液化，地面多處噴砂冒水，繼而在大面積液化地區(qū)上的汽車和建筑逐漸下沉。而在大面積液化地區(qū)上的汽車和建筑逐漸下沉。而一些諸如水池一類的構(gòu)筑物則逐漸浮出地面。而一些

12、諸如水池一類的構(gòu)筑物則逐漸浮出地面。新瀉地震后，土的動強(qiáng)度和液化問題更加引起國新瀉地震后，土的動強(qiáng)度和液化問題更加引起國內(nèi)外地震工作者的關(guān)注。內(nèi)外地震工作者的關(guān)注。 根據(jù)土力學(xué)原理，砂土液化是由于飽和砂土在地震時(shí)短時(shí)間內(nèi)抗剪強(qiáng)度為零所致。我們知道，飽和砂土的抗剪強(qiáng)度可寫成：tan)(tanuf式中 剪切面上有效法向壓應(yīng)力粒間壓應(yīng)力）；剪切面上總的法向壓應(yīng)力；剪切面上孔隙水壓力；土的內(nèi)摩擦角。u地震時(shí)，由于場地土作強(qiáng)烈振動，孔隙水壓力急劇增高，直至與總的法向壓應(yīng)力 相等，即有效法向壓應(yīng)力 時(shí)，砂土顆粒便呈懸浮狀態(tài)。土體抗剪強(qiáng)度 ，從而使場地土失去承載能力。 u0u0f2.4.1.2 影響液化的因

13、素(1)土的組成新細(xì)砂和粗砂比較，細(xì)砂的滲透性比粗砂低，所以細(xì)砂比粗砂更容易液化。較粗的砂粒也有發(fā)生液化的實(shí)例。但因其比細(xì)砂的透水性高，孔隙水的超壓作用時(shí)間也短，并且液化造成的變位也小。從震害資料看，礫砂和粗砂很少發(fā)生液化。(2)砂土的密實(shí)程度 砂土越松越容易液化。1964年日本新瀉地震表明，相對密度大于70%的地方，普遍地看到液化現(xiàn)象，而相對密度小于50%的地方就沒有液化。(3)砂層埋深和地下水位的影響砂層埋深越大，地下水位越低，即有效覆蓋層壓力越大，砂層就不容易液化。當(dāng)側(cè)限壓力越大，越不容易液化。(4)地震烈度的大小和地震持續(xù)時(shí)間烈度越高的地區(qū)，地面運(yùn)動的強(qiáng)度就越大，一般烈度在6度及以下的

14、地區(qū)，很少看到有液化現(xiàn)象，而在7度及以上地區(qū)，則烈度越高液化現(xiàn)象越嚴(yán)重。地震的持續(xù)時(shí)間長短也是確定液化可能性的一個(gè)重要因素。地震時(shí)間越長，砂的顆粒間所受應(yīng)力周次也越大。2.4.1.3 場地土液化對建筑物產(chǎn)生的震害（1地面開裂下沉使建筑物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜。（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(diǎn)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2.4.2場地土液化的判別方法 地基土液化判別過程可分為初步判別和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別兩大步驟。 1.初步判別 飽和的砂土或粉土不含黃土當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可初步判別為不液化或可以不考慮液化影響。

15、(1)地質(zhì)年代為地四紀(jì)晚更新世及其以前且設(shè)防烈度為7、8度時(shí)；(2) 粉土的粘粒粒徑小于0.005mm的顆粒含量百分率（），當(dāng)烈度為7度、8度、9度時(shí)分別大于10、13、16時(shí)；(3）30bwddd20buddd5 . 425 . 10bwudddd 上覆非液化土層厚度是指地震時(shí)能抑制可液化土層噴砂冒水的厚度。構(gòu)成覆蓋層的非液化層除天然地層外，還包括堆積五年以上或地震承載力大于100kpa的人工填土層。當(dāng)覆蓋層中夾有軟土層，對抑制噴砂作用很小，且其本身在地震中很可能發(fā)生軟化現(xiàn)象時(shí)，該土層應(yīng)從覆蓋層中扣除。覆蓋層厚度一般從第一層可液化土層的頂面計(jì)至地表。地下水位高低是影響噴砂冒水的一重要因素。實(shí)

16、際震害調(diào)查表明，當(dāng)砂土和粉土的地下水位不小于下表所列限值時(shí)，未發(fā)現(xiàn)土層發(fā)生液化現(xiàn)象。 表2-5a 土層不考慮液化時(shí)覆蓋層厚度和地下水位界限值 和 烈度土類及項(xiàng)目789砂土789678粉土678567)(mduj)(mdwj)(mduj)(mdwj)(mduj)(mdwj 式27的含義式中db-2，則是考慮基礎(chǔ)埋置深度db2m對不考慮土層液化時(shí)覆蓋層厚度的界限值修正項(xiàng)。表2-5中不考慮土層液化界限值duj是在基礎(chǔ)埋置深度db2m的條件下確定的。因?yàn)檫@時(shí)飽和土層位于地基主要受力層厚度為Z之下或下端，它的液化與否不會引起房屋的有害影響，但當(dāng)db2m時(shí)，液化土層有可能進(jìn)入地基主要受力層范圍內(nèi)，對房屋造

17、成不利影響。因而，不考慮土層液化時(shí)覆蓋層厚度界限值應(yīng)增加。由此可知，式2-7是不考慮土層液化的覆蓋層厚度的條件。 式26的含義210bwddd比較表2-5和2-5a可知，d0-1 。式中 db-2 為基礎(chǔ)埋置深度db2m時(shí)地下水位深度界限值的修正項(xiàng)。式2-6是不考慮土層液化的地下水位深度條件。wjd2bwjwddd 式2-8的概念（2-8式改寫成下式：2) 2(5 . 05 . 10bwudddd式中，1.5d0-0.5 就是按圖中線段AB上任一點(diǎn)C的縱、橫坐標(biāo)之和。 2.準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 當(dāng)上述所有條件均不能滿足時(shí)，地基土存在液化可能。此時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)一步判別其是否液化。(1)一般情

18、況下，當(dāng)?shù)孛嫦?5m深度范圍內(nèi)的錘擊數(shù)N63.5(未經(jīng)桿長修正)小于下式確定的臨界值Ncr時(shí)，應(yīng)判為液化土，否則為非液化土。cwscrddNN3)( 1 . 09 . 00上式可以改寫成下面形式： 砂土)2( 1 . 0)3( 1 . 011 . 01 . 01 . 01)( 1 . 09 . 0000wswswscrddNddNddNN式2-9中的N0是在發(fā)生液化平均深度飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度ds=3m和地下水位dw=2m條件下測定的。因而，式0.1(ds-3)和0.1(dw-2)分別為ds3m和dw2m的修正項(xiàng)，其中0.1為修正系數(shù)。 粉土式29中 是在砂土錘擊數(shù)臨界值公式基礎(chǔ)上考慮粉土影響的修正項(xiàng)。 c/3（2在地面下15-20m深度范圍的Ncr公式cscrdNN3)1 . 04 . 2(0砂土)1 . 04 . 2(0scrdNN粉土cscrdNN/3)1 . 04 . 2(0（15mds20m） 實(shí)際上，上式是由式2-9取ds=15m時(shí)得到的。這是考慮到ds15m時(shí)土的液化錘擊數(shù)臨界值隨深度加深起初稍許增加隨后緩慢遞減，而呈非線性變化。這時(shí)如按式2-9計(jì)算，結(jié)果將過于保守。根據(jù)現(xiàn)有液化資料分析，當(dāng)ds15m時(shí)，取ds=15m仍按式2-9計(jì)算，則這種處理方法既簡單又較接近實(shí)際。2.4.3液化地基的評價(jià) 2.4.3.1評價(jià)的意義 過去，對場地土液化問題僅根據(jù)判別式給出液化