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1、土木基础工程课件第九章抗震地基基础2023/1/4基础工程课件第1页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.1 概述地震定义：地震定义：由内力地质作用和外力地质作用引起的地壳 振动现象的总称。我国地震灾害极为严重，原因有三:(1)地震活动区域的分布范围广地震活动区域的分布范围广。基本烈度在7度和7度以上地区的面积达312万km2，占全部国土面积32.5%，如果包括6度的地震区，则达到60%。(2)地震的震源浅地震的震源浅。我国地震总数的2/3发生在大陆地区，这些地震绝大多数属于二三十公里深的浅源地震，因此地面振动的强度大，对建筑物的破坏比较严重。(3)地震区内的大中
2、城市数量多地震区内的大中城市数量多。我国三百多个城市中有一半位于基本烈度为7度或7度以上的地区。特别是一批重要城市，像北京、银川、西安、兰州、太原、拉萨、呼和浩特、乌鲁木齐、包头、汕头、海口等城市都位于基本烈度为8度的高烈度地震区。第2页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件世界上发生过的大地震汶川地震汶川地震 2008.5.12，14：28，四川省汶川县发生里氏8.0级强烈地震，死69197人，失踪18222人，伤374176人，直接经济损失约8451亿元。震区房屋大面积倒塌、交通、通讯中断数千万人无家可归。地震诱发严重的次生地质灾害。第3页，共45页，编辑于202
3、2年，星期五2023/1/4基础工程课件9.2 地震和地震效应震 源：发生地震的部位。震 中：震源在地面的投影。震中距：地面上某一点到震中 的距离。震源深度：震源到震中距离。深度60km 横波 面波第6页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件面波x:x:向向x x方向传播方向传播y:y:在在xyxy平面内蛇形摆动平面内蛇形摆动z:zz:z方向无振动方向无振动x:x:向向x x方向传播方向传播y:yy:y方向无振动方向无振动z:z:在在xzxz平面内滚动平面内滚动第7页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.3 震级和烈度震级和烈度M:M:震
4、级A:A:标准地震仪在距震中100km处记录的以微米为 单位记录的最大水平地动位移。震级震级：表示地震本身强度大小的等级,是衡量震源 释放能量大小的一种量度。里希特（Richter)里氏M2:无感地震2M5：破坏性地震M7：强烈地震一般1M8.5，震级增加一级能量增加30倍左右。第8页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地震烈度烈度烈度：地面及建筑物受地震影响的强烈的程度。烈度大小烈度大小：12度（中国）比震中烈度低一度：近震比震中烈度低一度：近震比震中烈度低比震中烈度低2 2度及以上：远震度及以上：远震与震级震源深度 等有关震中距场地岩土情况第9页，共45页，编辑
5、于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地震烈度表地震烈度表第10页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件烈度分类基本烈度基本烈度：一个地区今后一定时期内，一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。目前我国基本上取5050年超越概率为1010的烈度值作为基本烈度。抗震设防烈度抗震设防烈度：一个地区作为抗震设防依据的烈度。设计烈度设计烈度：各类不同建筑物抗震设计所采用的烈度。甲类构造物：专门设计，采用特殊抗震措施。乙类构造物：烈度提高一度 丙类构造物：按设防烈度 丁类构造物：降低一度（6度时不降）一般6度以下可不进行地震作用计算。第11页，共45页，编辑于2022年
6、，星期五2023/1/4基础工程课件9.4 场地与地震危害地形的影响地形的影响 孤突之处大，鞍部较小。土性的影响土性的影响 土深厚而松弱的覆盖层上的建筑物震害重。基岩埋藏浅，土质坚硬时震害较轻。建筑物建筑物 自振周期长（层高、柔性大的结构）在深软地 基上震害严重。距震中远时，短波被过滤，长 波被叠加放大，对自振周期长的建筑危害较大。距震中近，短周期波丰富，低层砖石结构刚度 大，易共振损坏。第12页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件 1957年和1985年两次墨西哥地震，附近自振周期短的老旧建筑完好无损，距震中400km外的墨西哥城中软土层中的高层建筑遭到巨大破坏。
7、受地震而破坏的建筑物，可能遭受直接破坏，也可能是地基液化、软土震陷而引起地基失稳或过量沉陷。作为基础工程师，主要是避免后者的发生。第13页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基震害的主要形式第14页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件场地抗震性评价-剪切波速法第15页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件场地类别的判定第16页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件场地(或地基)的液化地震液化地震液化：对于饱和松砂、细砂，在振动荷载下(剪切力)土有由松变密的趋势。这个过程中，由于水来不及
8、排走，颗粒在一段时间内处于悬浮状态。有效应力变为零，抗剪强度丧失液化液化液化条件液化条件：饱和；松散；细砂或粉土饱和；松散；细砂或粉土 注意：粘土有粘聚力c,不易液化 密砂,不液化 埋深15m以下，一般不液化第17页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件液化机理液化机理第18页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基液化可能性判断方法p1)1)规范法规范法p2)2)抗液化剪应力法（抗液化剪应力法（H.B.SeedH.B.Seed）p3)3)动力反应分析法动力反应分析法p4)4)概率统计法（谷本喜一）概率统计法（谷本喜一）第19页，共45页，
9、编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件1)抗震设计规范判别地基土液化性分两步进行：第一步：初步判别；第二步：根据标准贯入试验判别。若初步判别为不液化土，可不进行第二步判别。第20页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件初步判别：以下情况判定为非液化土土层的地质年代为第四纪晚更新世（Q3）或其以前时，应判为非液化土；粉土中粘粒含量（粒径小于0.005mm）不少于下表所列百分率时，应判为非液化土；第21页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件初步判别：以下情况判定为非液化土d0-液化土特征深度，即经常发生液化的深度。规范对近年来邢台
10、、海城、唐山等地震液化的 现象资料统计分析，提出表9-11的特征深度。d-基础埋置深度（m），不超过2m时采用2m；hu-上覆非液化土厚度（m），若上覆土层内有 淤泥和淤泥质土时，应扣除；式中：dw-地下水位深度（m），宜按建筑物使用 期内年平均最高水位采用，也可按近期内 最高水位采用；第22页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件表9-11 液化特征深度液化特征深度(m)初步判别：以下情况判定为非液化土第23页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件根据标准贯入试验判别 对于初步判别为液化的土(饱和砂土或饱和粉土)，应采用标准贯入试验进一步判
11、断：不液化液化待判别土层在地面下15m以内时:待判别土层在地面下15m-20m时:第24页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件根据标准贯入试验判别第25页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件2)抗液化剪应力法p这一方法是由美国学者西特(H.B.Seed)等人提出的地基液化可能性评定方法。p它的基本出发点是把地震作用看成是一种由基岩垂直向上传播的水平剪切波，剪切波在土层内引起地震剪应力。p另一方面，对地基土进行振动液化试验，测出引起液化所需的震动剪应力，称为抗液化剪应力。p当作用于地基土上的地震剪应力大于土的抗液化剪应力时，土即发生液化;反
12、之，则不液化。p因此这一方法的关键在于计算地震剪应力和测定土的抗液化剪应力。第26页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件等效地震剪应力第27页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件等效地震剪应力第28页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件抗液化剪应力理论上讲，地基土液化。反之不液化。但由于饱和松散砂土和粉土的原状土难以取得或模拟，故由概念明确，却难以操作。第29页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件抗液化剪应力不同震级的纯砂抗液化剪应力曲线 7.5震级的粉砂抗液化剪应力曲线第30页，共
13、45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件抗液化剪应力第31页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件3)动力反应分析法动力反应分析法原理：将土看作是粘弹性体，通过振动叠加法，求得动剪应力的时程曲线，并与实验室中的等幅值周期动力试验结果对比，将不规则的动应力时程曲线等价为均匀周期应力和振次。假定某种材料在某一应力循环下发生破坏，循环次数与施加的能量大小有关。第32页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件4)4)概率统计法概率统计法 日本谷本喜一基于35个地震事例提出。该法具有地区性，在临界液化灵敏性指标的确定上需修正。判据 场
14、地液化判别结论的可信性：判别成功率78.5%，误判率21.5%第33页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基液化等级划分地基液化等级划分已判断为液化土的地基，要进一步判断地基的液化等级。第34页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基液化等级划分第35页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基震陷第36页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.5 地基抗震验算地基抗震验算第37页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.5.1 9.5.1 建筑物抗震设防标
15、准建筑物抗震设防标准第38页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.5.2 地基抗震强度验算地基抗震强度验算第39页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件地基抗震强度验算第40页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.5.3 桩基的抗震验算桩基的抗震验算桩基具有明显的抗震作用，唐山地震中桩基的破坏仅占3%。桩身震害的类型：桩头破坏。因过大的剪、压、拉、弯而破坏。单侧荷载过大致使桩身弯折。桩长不足，未能穿透液化土层而使桩基失效。液化土侧向扩展使桩身弯曲与侧移。第41页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件桩基抗震承载力验算第42页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件9.5.4 地基基础抗震措施第43页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件第44页，共45页，编辑于2022年，星期五2023/1/4基础工程课件第45页，共45页，编辑于2022年，星期五