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1、第二章第二章 场地、地基和基础场地、地基和基础2.1 2.1 概述概述一、地震的破坏作用一、地震的破坏作用 要正确地进行抗震设计，必须对建筑的震害有所了解。虽然迄今为止有很多地震的破坏现象还不能科学地加以解释和防止，但是从震害中吸取经验教训，减少设计错误，一直是改善建筑结构抗震设计的主要方法。根据以往震害经验，导致建筑破坏的直接原因分以下三种：1、地面变形：由于地震引起建筑所在场地产生滑坡、地陷、地裂或错位等地面大变形，对其上部建筑物形成直接危害造成建筑物的破坏。2、地基失效：地震引起建筑场地的沙土液化、软土震陷等造成地基失效，致使上部建筑发生破坏。3、建筑振动：在地震地面运动的激发下，建筑物
2、产生剧烈的振动，在振动过程中，由于结构的强度不足、变形过大、接连不牢、构件失稳或整体倾覆等因素造成建筑破坏。不论何种情况，场地和地基的土层条件对建筑的震害都有直接影响，表层地基的大变形或失效导致建筑结构的破坏，与地基的强度有关，其对于不同层数的建筑产生的震害是相同的。而地震波在不同的表土层中传播性不同，使上部建筑物产生不同的地震反应，引起建筑结构的振动也不同。对于地面变形和地基失效的影响，一般采取选择有利场地和地基处理等方法，减少或防止对上部建筑的破坏影响；而场地土对上部建筑振动的影响，在设计中还需要考虑结构自身的振动及其动力特性的问题。所以，建筑的破坏状态和破坏程度，一方面取决于地震的特性，
3、另一方面还取决于结构本身的力学特性。建筑物破坏建筑物破坏规规律律柔性柔性结结构构刚刚性性结结构构软软弱地基弱地基易遭破坏易遭破坏表表现较现较好好坚坚硬地基硬地基表表现较现较好好表表现现不一不一 从破坏性质来看，在坚硬地基上，建筑物的破坏通常是由于结构破坏所造成。在软弱地基上，则有时是由于结构破坏、有时是由于地基破坏。从总的破坏表现来看，在软弱地基上比在坚硬地基上更为严重从总的破坏表现来看，在软弱地基上比在坚硬地基上更为严重。在强烈地震作用下，场地土对结构反应影响之所以复杂，其原因是：地震地面运动的大小和特征受到局部土质条件的影响。不同的地基土质其地震反应是不一样的，地震时建筑物和地基土作为统一
4、的整体而互相影响，即所谓土结构相互作用，使建筑物地基的运动规律有所不同。地基土在地震作用下，其物理力学性质由于动力效应发生变化，常常使软弱土上的建筑物遭到破坏。我国在制定抗震规范时，认为场地的地震影响是建筑场地工程地质条件（地质构造、地基、地基土类别等）对建筑物的综合影响，而且每一因素的影响各不相同，应该区别对待。因而将建筑场地区分为对抗震有利和不利条件。从而选择对抗震有利的地段，同时考虑场地和结构特征这两种因素，确定地震作用和抗震构造措施，对地基失效问题，则采用地基处理的办法解决。二、场地、地基、基础问题在抗震设计与非抗震设计时的区别二、场地、地基、基础问题在抗震设计与非抗震设计时的区别 共
5、共同同点点：都都要要虑虑支支承承上上部部结结构构的的基基础础在在传传递递荷荷载载时时其其承承载载力力和沉降量方面是否满足设计要求和沉降量方面是否满足设计要求 抗抗震震设设计计时时还还要要考考虑虑地地震震时时场场地地的的动动力力效效应应对对地地基基的的影影响响、场地和地基对结构的地震作用的影响。场地和地基对结构的地震作用的影响。1、首先要了解地震时地震波在场地土层传播时有哪些变化，具有哪些特性。2、其次是地面运动的特性对建筑物有怎样的影响，上部结构的破坏仅仅是由于地震作用引起的，还是由于地基失效造成的，或者是两者的综合。3、从地基是否失效考虑，划分了三类地段，采用三种不同的方针:宜选有利地段，避
6、开不利地段，不选危险地段。4、地震时由于地基失效造成建筑物的震害，主要是软弱土、不均匀沉降和砂土液化，其中砂土液化是研究的重点，主要讨论的问题是砂土液化的条件、液化的危害性、根据不同的液化危害程度选择不同的抗液化措施。5、当地基设计合理时，有利地段上的建筑物，其震害绝大多数是由于上部结构受地震作用而造成的，由此应考虑不同的场地(包括场地土类别、覆盖层厚度)对地震作用的影响。上述各个问题有些内容是相关联的，是有机整体的一部分。总的说明场地选择对建筑抗震设计是重要的组成部分。只只有有在在选选择择抗抗震震有有利利的的场场地地条条件件下下，并并注注意意了了防防止止和和避避免免地地基基失失效效措施，才能
7、考虑各类场地对地震作用的影响进行上部结构抗震分析。措施，才能考虑各类场地对地震作用的影响进行上部结构抗震分析。2.2 2.2 地震地面运动特性地震地面运动特性 场场地地的的地地面面运运动动性性质质是是随随震震源源机机制制、震震中中距距离离和和传传播播途途径中土层的性质不同而变化。径中土层的性质不同而变化。作为建筑结构的抗震设计来说，一个场地的地震地面运动是抗震设计的前提和依据。不同特性的地震动对建筑物的影响和破坏作用是不一样的，但从现有科学水平很难预估将会发生的实际的地震大小，相应也就很难预估设计建筑所在场地的地面运动情况。所以，只能根据历次地震的震害教训以及取得的强震记录，考虑对建筑物破坏的
8、影响，对地震地面运动的特性进行研究分析。一、场地土的卓越周期（场地土固有周期）一、场地土的卓越周期（场地土固有周期）许许多多震震害害现现象象表表明明，场场地地的的周周期期特特性性对对建建筑筑物物震震害害的的程程度有重要的影响度有重要的影响 例：1970年3月28日，土耳其格迪兹(Gediz)地震中，某工厂钢砼结构(强度足够符合规范，T=1.255)倒塌，同一场地上相近建筑，T=0.55、T=2.55的建筑都没坏。震后分析，在T=1.25处有明显的最大反应，故类共振引起破坏。场地土固有周期就是它的自振周期。场地土固有周期就是它的自振周期。一般多采用剪切型质点系来研究场地土的动力特征。一般多采用剪
9、切型质点系来研究场地土的动力特征。将连续土体离散成多质点（有限）体系。剪切刚度 （与 层发生单位相对位移产生的力）应满足土的 关系 所以有令、，则 层土的剪切刚度为V为作用在厚度为h的土层上的最大剪力。作用在土层上的最大剪应力。x剪力作用下所引起的位移。A为土柱的截面积。土层质点微幅无阻尼自由振动方程的矩阵表达式：由振动方程解出 及 ，这时的解是基于线弹性情况。考虑到地震时土的关系 已呈非线性，应对结果进行调整。也可以按以下公式来求土层固有周期。也可以按以下公式来求土层固有周期。对于只有一层土覆盖层时：对于只有一层土覆盖层时：对于多层土覆盖层时：对于多层土覆盖层时：覆盖层厚度，土层平均剪切波速
10、，土层剪切波速，第 层土的厚度和剪切波速。式中二、场地土层的放大、滤波作用二、场地土层的放大、滤波作用 根据地震波理论分析的结果表明，当地震波在传播过程中，由速度大的地层向速度小的地层行进时，由于波的周期要保持不变，一个周期内的波的前进距离则将缩短，振振幅幅将将增增大大，特别是使每个波中所含的能量保持不变，短波长的波要传输同样的能量，则必须增大振幅。一一般般来来说说，地地表表地地层层的的地地质质年年代代较较轻轻，传传播播地地震震波波速速底底，因因此此地地震震波波由由硬硬、深深的的地地层层向向浅浅、软软的的地地层层传传播播到到达达地地表时，其振幅将增大很多。这就是场地土层的放大作用。表时，其振幅
11、将增大很多。这就是场地土层的放大作用。当表层地基土层越软或软弱地基沉积越厚，放大效应就越大。通常地基是由具有不同特性的多层土组成，当由下入射的大小和周期不同的波群进入多层土的表层时，多层土的表层土相当于一个“滤波器”，会将某些频率波群放大或通过而将另一些波衰减或滤掉。由于各土层的“滤波”效应不同，因此，多层土的周期并不是单一的。三、地震动（即地面运动）卓越周期三、地震动（即地面运动）卓越周期 从从地地震震记记录录可可以以清清楚楚看看出出，一一个个场场地地的的地地面面运运动动，一一般般均均存存在在一一个个破破坏坏性性最最强强的的主主振振周周期期。如如果果建建筑筑物物的的自自振振周周期期与与这这个
12、个周周期期接接近近，建建筑筑物物的的破破坏坏程程度度就就会会加加重重。而而这这个个主主振振周期称地震动卓越周期。周期称地震动卓越周期。反应谱曲线中最大值对应的周期就是该地震波的卓越周期。反应谱曲线中最大值对应的周期就是该地震波的卓越周期。在进行建筑抗震设计时，要估计该建筑所在场地的地震动卓越周期，之后使设计的建筑自振周期错开卓越周期，尽量加大两者之间的差距。而要正确预测地震动卓越周期是很难做到的。然而某一工程场地的地震动卓越周期，尽管随震级大小和震中距远近而变化，但因与该场地的场地条件特别是场地土性质存在某种相关性，可以利用场地周期来估计地震动卓越周期，所以场地土卓越周期是地震地面运动的动力特
13、性之一。当地震动卓越周期与该地基土的固有周期一致，则将使地表面的振动幅度大大增加。当地震波中占优势的波动分量的周期与建筑物固有周期相近，建筑物将受到非常大的地震作用。2.3 2.3 地面运动特征参数地面运动特征参数 为了分析强震记录中对工程应用有重要意义的特征，一般采用幅幅值值、频谱频谱和持续时间持续时间三个参数来反映强震记录的地面运动特征。一、幅值一、幅值二、频谱二、频谱 地面运动的振动幅值可用所记录的地面运动加速度、速度、位移三者之中任意一个的峰值来表示。频谱的概念就是一次地震动中振幅与频率的关系曲线。频谱的概念就是一次地震动中振幅与频率的关系曲线。假若地震动的频率经过频谱分析得出强震记录
14、中占主导地位的频率集中于低频，它引起自振周期长的结构产生巨大的反应；相反，若地震动的卓越周期在高频段，则对刚性结构物会造成大的危害。到70年代，人们又进一步认识到地震动的频谱组成是随场地土壤条件而改变。宏观震害现象以及强震记录说明，震级愈大、震中愈远、场地土愈软而厚，则频谱的长周期成份越突出。由于地地震震动动频频谱谱是是随随地地震震震震级级大大小小、震震中中距距远远近近、以以及及场场地地土土层层的的软软硬硬和和厚厚薄薄而而变变的，所以不同自振周期的建筑结构在相同的条件下会产生不同程度的震害。近年来通过对某些地震震害实例以及同时记录到地震动加速度的过程，进行研究对比了解到：有些地震动虽然十分强烈
15、，但持续时间很短，建筑破坏较轻。有些地震动不十分强烈，但持续时间较长，对建筑物造成严重破坏。这些现象表明，只用地面运动的幅值和频谱特征还不足以反映地震对结构的破坏影响，只有同时考虑到地震动的持续时间的长短，才能说明建筑震害严重与否的原因。由此可见，强震持续时间对于结构破坏是一个重要因素，不容忽视。另一个说明地震动持续时间重要性的依据是地震动造成的积累破坏效应。如果承认几次地震可以产生积累破坏，则强震持续时间加长，当然也可以造成同样的影响效果。为了考虑持续时间影响，必须给以明确定义。但至今尚无统一意见。综上所述：地地震震地地面面运运动动是是结结构构抗抗震震设设计计的的依依据据和和前前提提。影影响
16、响地地震震动动的的主主要要因因素素是是震震源源机机制制、传传播播途途径径和和场场地地条条件件。工工程程上上一一些些实实用用公公式式常常以以震震级级、震震中中距距和和场场地地类类别别来来表表述述这这些些主主要要影影响响因因素素。对对强强震震记记录录进进行行地地震震动动分分析析时时，卓卓越越周周期期是是重重要要的的动动力力特特征征之之一一。振振幅幅、频频谱谱和和持持续续时时间间三三个个特特征征参参数数用用来来反反映映对对实实际际工工程程抗抗震震设设计的影响因素。计的影响因素。三、持续时间三、持续时间 从频谱分析可以了解到地震地面运动所记录的一些频带较宽和波形复杂的地震动中占主导地位的波动周期。当地
17、面运动中占优势的波动分量的周期与建筑物的基本周期相近时，将使建筑物产生共振现象而遭到较大破坏。因此，进行频谱分析，研究频谱变化的特征及其对结构的影响，具有很重要的工程价值。2.4 2.4 场地分类场地分类 场场地地指指工工程程群群体体所所在在地地，具具有有相相似似的的反反应应谱谱特特征征。其其范范围围相相当当于于厂厂区区、居居民民小小区区和和自自然然村村或或不不小小于于1km1km2的的平平面面面积。面积。在在这这个个范范围围内内，影影响响反反映映谱谱特特性性的的岩岩土土性性状状和和土土层层厚厚度相近。度相近。场地条件的分类实质就是场地反应谱特性的分类，主要依据是场地条件对地面运动强度和谱特性
18、的影响。也就是场地条件对地震波的动力放大作用和滤波特性的影响，而影响地震的场地条件很大程度上是与表层土的性质（土层等效剪切波速）及其覆盖层的厚度有关。从理论上讲，当下层波速比上层波速大得多时，可以当基岩。但实际地层刚度是渐变的，如果要求波速比很大时才能做基岩，势必定得很大。一、覆盖层厚度一、覆盖层厚度 覆覆盖盖层层厚厚度度是是指指从从地地表表到到地地下下基基岩岩面面的的距距离离，也也就就是是岩岩石面的埋深。石面的埋深。1.一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。2.当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.5
19、倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。4.土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。规范规定：规范规定：二、剪切波速和场地土的类型二、剪切波速和场地土的类型 场地土是指场地范围内地面下场地土是指场地范围内地面下20m（或浅于（或浅于20m）以内的）以内的土层。土层。其类型主要决定于土的刚性，而土的刚性一般用土的剪切波速表示。因此，场地土的类型可根据剪切波速来划分场地土的类型可根据剪切波速来划分。建建筑筑场场地地类类别别的的划划分分，应应以以土土层层等等效效剪
20、剪切切波波速速和和场场地地覆覆盖盖层层厚厚度度为为准准。对对丁丁类类建建筑筑及及丙丙类类建建筑筑中中层层数数不不超超过过10层层、高高度度不不超超过过24m的的多多层层建建筑筑，当当无无实实测测剪剪切切波波速速时时，可可根根据据岩岩土土名名称称和和性性状状来来划划分分土土的的类类型型，再再利利用用当当地地经经验验在上表范围内估算各土层的剪切波速。在上表范围内估算各土层的剪切波速。土的类型划分和剪切波速范围土的类型划分和剪切波速范围-为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值 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，流塑黄土软弱土稍密的砾、
21、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，的粘性土和粉土，的填土，可塑新黄土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石土坚硬土或软质岩石坚硬、较硬且完整的岩石岩石土层剪切波速范围（）岩土名称和性状土的类型土层的等效剪切波速，应按下列公式计算：土层的等效剪切波速，应按下列公式计算：土层的等效剪切波速（土层的等效剪切波速（m/sm/s）计算深度（计算深度（m)m)，取覆盖层厚度和，取覆盖层厚度和20m20m二者的较小值二者的较小值剪切波在地面至计算深度之间的传播时间剪切波在地面至计算深度之间的传播时间计算深度范围内第计算深度
22、范围内第i i土层的厚度土层的厚度(m)(m)计算深度范围内第计算深度范围内第i i土层的剪切波速土层的剪切波速(m/s)(m/s)计算深度范围内土层的分层数计算深度范围内土层的分层数三、场地类别划分三、场地类别划分 建建筑筑场场地地类类别别，应应根根据据土土层层等等效效剪剪切切波波速速和和场场地地覆覆盖盖层层厚厚度度按按下下表表划划分分为四类。为四类。例：已知某建筑场地的钻孔例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。该建筑场地的类别。层底深度层底深度(m)土层厚度土层厚度(m)土的名称土的名称剪切波速剪切波速m/s9.59.5砂砂17037.8
23、28.3淤泥质粘土淤泥质粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥质粘土淤泥质粘土200632.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520解：解：（1 1）确定地面下）确定地面下20m20m表层土表层土的场地土类型的场地土类型（2 2）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度（3 3）确定建筑场地类别）确定建筑场地类别属于软弱土属于软弱土属于属于类场地类场地2.5 2.5 场地选择场地选择工程地质条件对地震破坏的影响很大。工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即常有地震烈度异常现象，即产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。
24、“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”一、场地选择原则一、场地选择原则 应应根根据据工工程程需需要要和和地地震震活活动动情情况况、工工程程地地质质和和地地震震地地质质的的有有关关资资料料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。宜宜选选择择有有利利及及一一般般的的地地段段；避避开开不不利利的的地地段段，当当无无法法避避开开时时应应采采取取有有效效措措施施；对对危危险险地地段段严严禁禁建建造造甲甲、乙乙类类的的建建筑筑，不应建造丙类建筑。不应建造丙类建筑。1 1、有利地段有利地段 指地震时，建筑物震害较轻，且无地面残余
25、变形的地段。在该地段修建建筑物时，一般可以不考虑防止地面残余变形的措施。二、各类地段的划分二、各类地段的划分有利、一般、不利和危险地段的划分有利、一般、不利和危险地段的划分 是是指指可可能能产产生生较较明明显显的的残残余余变变形形或或地地基基失失效效的的地地段段。地地震震时时建建筑筑物物的的震震害害会会有有不不同同程程度度的的加加重重，但但从从目目前前的的工工程程技技术术水水平平，通通过过必必要要的的地地基处理或加强结构物的刚度、强度和整体性等措施是可以防御的。基处理或加强结构物的刚度、强度和整体性等措施是可以防御的。2、不利地段不利地段3、危险地段危险地段 主主要要指指可可能能发发生生严严重
26、重地地面面残残余余变变形形的的地地段段。这这种种残残余余变变形形对对建建筑筑物的破坏作用，就目前的工程技术水平而言，尚难以抗御。物的破坏作用，就目前的工程技术水平而言，尚难以抗御。地段类别地段类别 地质、地形、地貌地质、地形、地貌有利地段有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段一般地段不属于有利、不利和危险的地段不属于有利、不利和危险的地段不利地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明
27、显不均匀的土层河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（含故河道、疏松的断层破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），（含故河道、疏松的断层破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可能塑黄土，地表存在结构性裂缝等高含水量的可能塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位裂带上可能发生地表错位的部位三、局部突出地形的影响三、局部突出地形的影响19741974年云南昭通地震，芦家湾年云南昭通地震，芦家湾某村坐落于山梁上，山梁长某村坐落于
28、山梁上，山梁长150m150m，顶部最宽，顶部最宽15m15m，最窄，最窄5m5m，高高60m60m。距震中。距震中18km18km。经分析突出端部的最大加速度经分析突出端部的最大加速度为为0.632g,0.632g,鞍部为鞍部为0.257g0.257g，大山，大山根部为根部为0.431g0.431g。烈度为烈度为9度度烈度为烈度为8度度烈度为烈度为7度度1.1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质
29、结构大；在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.4.高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明 显减小；显减小；5.5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数-局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数-局部突出地形地震动参数的增大幅度-附加调整系数 0.6 0.5 0.4 0.3 0.5 0.4 0.3 0.2 0.4 0.3 0.2 0.1 0.3 0.2 0.1 0岩质地层岩质地层非岩质地层非岩质地层突出地形突出地形的高度的高度(m)局部突出局部突出台地边缘
30、台地边缘的侧向平的侧向平均坡降均坡降(H/L)局部突出地形地震影响系数的增大幅度局部突出地形地震影响系数的增大幅度 0.3 0.6 1.0四、发震断裂的影响四、发震断裂的影响与地下断裂构造直接相关的地裂与地下断裂构造直接相关的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。动有关。发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。
31、建设时应避开。建设时应避开。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区，全新世（区，全新世（1 1万年）以来经常活动的断裂上面。万年）以来经常活动的断裂上面。场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：价，并应符合下列要求：1.1.对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：面建筑的影响：1 1）抗震设防烈度小于）抗震设防烈度小于8 8度；度；2 2）非全新世活动断裂；）非全新世活动断裂；3 3）抗震设防烈度
32、为）抗震设防烈度为8 8度和度和9 9度时，前第四纪基岩隐伏断裂度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于的土层覆盖厚度分别大于60m60m和和90m90m。2.2.对不符合上条对不符合上条1 1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。_ 200m 400m 专门研究专门研究 9 _ 100m 200m 专门研究专门研究 8 丁丁 丙丙 乙乙 甲甲建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别烈度烈度发震断裂的最小避让距离发震断裂的最小避让距离(m)(m)在避让距离范围内确有需要
33、建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时，应按提高一度采取抗震措施，并提高基础和上部结构的整体性，且不得跨越断层线。2.6 2.6 天然地基的震害特点及其抗震措施天然地基的震害特点及其抗震措施地震时由于地基原因造成房屋破坏的例子极少地震时由于地基原因造成房屋破坏的例子极少。这表明一般天然地基在静力作用下，具有相当的安全储备；尽管在地震时地基所受到的作用有所增大，但由于地震作用历时短暂，在瞬时状态下一般地基承载力有所提高，地基能保持足够的强度而处于正常的工作状态。但砂土液化、软土震陷和不均匀地基等给上部结构带来的破坏仍是不能忽视的，因为地基一但发生破坏，震后修复加固是很困难的，有时甚至是不可能的。因
34、此，应对地基震害现象分析，需要时采取相应的抗震措施。一、天然地基的震害特点一、天然地基的震害特点1、高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震中产生不同程度的震陷，造成或加剧上部结构的倾斜或破坏；2、杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，土质松软且承载力较低，地震中易产生沉陷，使结构开裂；3、沟、坑、古河道、坡地办挖半填等非匀质地基在地震中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。二、二、天然地基的抗震措施天然地基的抗震措施1、软弱粘性土地基采用桩基，地基加固；2.杂填土地基换土夯实；地基加固；3.不均匀地基综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、地基抗震措施。地基加固处理方法
35、地基加固处理方法换土垫层法换土垫层法重锤夯实法重锤夯实法挤密桩法挤密桩法沉井预压法沉井预压法2.7 2.7 地基和基础抗震设计和验算地基和基础抗震设计和验算 地地基基在在地地震震作作用用下下的的稳稳定定性性对对基基础础及及上上部部结结构构的的内内力力分分布布是是比比较较敏敏感感的的，因因此此确确保保地地震震时时地地基基基基础础能能够够承承受受上上部部结结构构传传下下来来的的竖竖向向和和水水平平地地震震作作用用以以及及倾倾覆覆力力矩矩而而不不发发生生过过大大变变形形和和不不均均匀匀沉沉降降是是地地基基基基础础抗抗震震设设计计的的基本要求。基本要求。1、同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层
36、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。地地基基基基础础抗抗震震设设计计是是通通过过选选择择合合理理的的基基础础体体系系和和抗抗震震验验算算来来保保证证其其抗震能力的。抗震能力的。一、一、地基基础抗震设计的一般要求地基基础抗震设计的一般要求 因因此此可可以以认认为为，天天然然地地基基基基础础的的抗抗水水平平地地震震作作用用能能力力是是足足够够的的。故故而而
37、，在在评评价价地地震震时时的的地地基基承承载载力力，主主要要从从竖竖向向强强度度和和变变形形来来考考虑虑。但但是是由由于于地地震震作作用用下下地地基基变变形形十十分分复复杂杂，目目前前还还没没有有条条件件进进行行定定量量计计算算，只只是是对对上上部部结结构构或或地地基基基基础础采采取取一一定定的的抗抗震震措措施施来来弥弥补补。因因此此规规范范规规定定，只只要要求求对对地地基基进行抗震承载力验算。进行抗震承载力验算。地基在静荷载作用下，有两种可能破坏形式：地基在静荷载作用下，有两种可能破坏形式：一一种种是是在在基基础础下下面面两两侧侧土土中中的的剪剪应应力力超超过过土土的的承承载载力力，发生滑动
38、，造成基础破坏；发生滑动，造成基础破坏；另一种是地基沉陷过大，造成的基础破坏。另一种是地基沉陷过大，造成的基础破坏。根根据据震震害害调调查查发发现现，基基础础很很少少有有明明显显水水平平位位移移的的，即即使使有有，往往往往也也是是伴伴随随着着地地面面运运动动产产生生的的；基基础础水水平平位位移移的的根根本本原原因因，不不是是结结构构基基底底剪剪力力不不够够造造成成的的，而而是是由由于于地地面面运运动动导导致的滑坡、地裂引起的。致的滑坡、地裂引起的。二、可不进行天然地基和基础抗震承载力验算的建筑物二、可不进行天然地基和基础抗震承载力验算的建筑物1 1、地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列
39、建筑：、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 1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；）一般的单层厂房和单层空旷房屋；（2 2）砌体房屋；砌体房屋；（3 3）不不超超过过8 8层层且且高高度度在在24m24m以以下下的的一一般般民民用用框框架架和和框框架架-抗震墙房屋；抗震墙房屋；（4 4）基基础础荷荷载载与与（3 3）项项相相当当的的多多层层框框架架厂厂房房和和多多层层混混凝凝土抗震墙房屋。土抗震墙房屋。2 2、规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。、规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。历历次次震震害害调调查查表表明明，一一般般天天然然地地基基上上，有有一一些些类类型型的的
40、建建筑筑很很少少因因为为地地基基失失效效而而导导致致破破坏坏的的。因因此此规规范范规规定定，下下列列建建筑筑可可以不进行地基抗震承载力验算：以不进行地基抗震承载力验算：软弱粘性土层指软弱粘性土层指7 7、8 8、9 9度时，地基承载力特征值度时，地基承载力特征值分别小于分别小于8080、100100、120kPa120kPa的土层。的土层。三、天然地基抗震承载力验算三、天然地基抗震承载力验算采用采用“拟静力法拟静力法”规规范范规规定定：基基础础底底面面平平均均压压力力和和边边缘缘最最大大压压力力应应符符合合下下式要求式要求式中：式中：P地震作用效应标准组合的基础底面平均压力（地震作用效应标准组
41、合的基础底面平均压力（kPakPa）Pmaxmax基基地震作用效应标准组合的基础边缘最大压力地震作用效应标准组合的基础边缘最大压力（kPakPa）faE aE 调整后的地基抗震承载力调整后的地基抗震承载力 高高宽宽比比大大于于4的的高高层层建建筑筑，在在地地震震作作用用下下基基础础底底面面不不宜宜出出现现拉拉应应力力；其其他他建建筑筑，基基础础底底面面与与地地基基土土之之间间零零应应力力区面积不应超过基础底面面积的区面积不应超过基础底面面积的15%。地基抗震承载力的调整地基抗震承载力的调整地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。调整的出发点：调整的出
42、发点：1 1）地震是偶发事件，是特殊荷载，因而地基抗）地震是偶发事件，是特殊荷载，因而地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；震承载力安全系数可比静载时降低；2 2）地震是有限次数不等幅的随机荷载，其等效）地震是有限次数不等幅的随机荷载，其等效循环荷载不超过十几到几十次，而多数土在有限次循环荷载不超过十几到几十次，而多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。的动载下，强度较静载下稍高。地基土抗震承地基土抗震承载载力力调调整系数整系数1.0淤泥和淤泥质土，松散的砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土1.1稍密的细、粉砂，100fak150的粘性土和粉土，可塑黄土1.3中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾
43、、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂，150fak300的粘性土和粉土，坚硬黄土1.5岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak300的粘性土和粉土岩土名称和性状岩土名称和性状az地基抗震承载力的调整地基抗震承载力的调整式中式中faEaE调整后的地基抗震承载力设计值调整后的地基抗震承载力设计值 地基抗震承载力调整系数地基抗震承载力调整系数fa a深宽修正后的地基承载力特征值，按建筑深宽修正后的地基承载力特征值，按建筑地基基础设计规范地基基础设计规范GB50007GB50007采用采用2.8 2.8 场地土的液化与抗液化措施场地土的液化与抗液化措施一、砂土液化一、砂土液化 处于地下水位以下的饱和
44、砂土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，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。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。这种现象称示出近于液体的特性。这种现象称为液化。为液化。或或：饱饱
45、和和砂砂土土和和饱饱和和粉粉土土的的液液化化，是是指指在在地地震震作作用用下下，饱饱和和土土中中的的孔孔隙隙水水压压力力等等于于或或大大于于周周围围土土的的固固结结压压力力，使使土土体丧失抗剪强度呈液体状态而丧失其承载力。体丧失抗剪强度呈液体状态而丧失其承载力。更概括地说，液化就是指将任何物质转变成液态的更概括地说，液化就是指将任何物质转变成液态的作用或过程作用或过程。在无粘性土中，从固态向液态的转变是因孔隙水压增高和有效应力减少所导致的。由力学平衡条件可知：如液化区的水头梯度达到其临界值icr时，则使土颗粒间有效应力等于0，就会发生液化现象。液化的宏观标志是在地表出现喷水冒砂。液化的宏观标志
46、是在地表出现喷水冒砂。式中：ds土粒比重；e天然孔隙比。唐山地震时，严唐山地震时，严重液化地区喷水高度重液化地区喷水高度可达可达8 8米，厂房沉降米，厂房沉降可达可达1 1米。米。天津地震时，海天津地震时，海河故道及新近沉积土河故道及新近沉积土地区有近地区有近30003000个喷水个喷水冒砂口成群出现，一冒砂口成群出现，一般冒砂量般冒砂量0.1-10.1-1立方立方米，最多可达米，最多可达5 5立方立方米。有时地面运动停米。有时地面运动停止后，喷水现象可持止后，喷水现象可持续续3030分钟。分钟。二、砂土液化的宏观经验二、砂土液化的宏观经验 从大量宏观震害调查中，可以总结出以下几点有关工程抗震
47、的经验和规律：1、在在砂砂土土液液化化区区内内，上上部部结结构构的的震震害害大大都都是是由由于于地地基基失失效效引引起起的的，直直接由于振动引起的结构本身震害几乎没有。接由于振动引起的结构本身震害几乎没有。这是因为砂土液化后砂层不能再传递剪切波，从而阻止了振动引起的震害。假若液化砂层之上有一层又厚又坚实的表层土足以支承上部结构，则结构物的总震害将比无砂土液化时轻；假若液化砂层离地面很近或地表层不足以防止地基失效时，则上部结构将出现由于地基失效而引起的震害。其震害将是整栋房屋倾斜、八字型裂缝、有的也会出现建筑物底层陷入地面以下、室内地坪上鼓、开裂或设备基础上浮或下沉。2、砂砂土土液液化化大大多多
48、发发生生在在近近地地表表的的饱饱和和松松散散粉粉细细砂砂层层，最最常常见见的的是是在在地地表下表下10m 以内，个别的有发生在以内，个别的有发生在10-17m处的，但处的，但20m以下的情况很少见。以下的情况很少见。其原因可能是：（1）埋藏深的砂层受到周围的压力较大，需要有较大的孔隙水压才能液化。（2）埋藏深的砂层相对密度较大，强度高可以承担较大的应力，在地下较深处的地震动可能较小，非饱和砂土的孔隙水压不高，当砂土的颗粒粗时，孔隙水容易流动，孔隙水压不易很快提高。（3）由于埋藏较深，即使液化也难于冒出地表，不易被发现。目前国内外一般认为地下砂层在地震时是否发生液化，主要以地面是否出现冒水喷砂为
49、依据。地面若有冒水喷砂者，即认为其下的砂层液化，否则难以判断其下的砂层是否液化。3、砂砂土土液液化化的的冒冒水水喷喷砂砂现现象象，常常发发生生于于地地震震过过程程中中，有有时时也也发发生生于于地地震震快终止或终止后的一段时间内。快终止或终止后的一段时间内。这一过程表明：液化现象出露到地表至少需要三个阶段，即砂层局部液化、全部砂层液化和液化喷出地表。这三个阶段的完成需要一定时间，这个时间与地震动的大小、持续时间、砂层和覆盖层的力学特征和几何形态等有关。4、强强地地震震可可能能使使松松散散砂砂层层变变密密，也也可可能能使使密密实实砂砂层层变变松松；这这一一点点已已被被现场调查所证实。现场调查所证实
50、。由于自然状态的砂层常常是不均匀的水平层，各相临层的密度常常是不一样的，在强震作用下，松散的砂层可能在液化，液化后砂层的孔隙水可能会向相临较密的砂层渗透，从而使密砂变松散；而原来松散的砂层在液化后变密；但在下一次强震时，这一过程又可能反过来。由此可见，液化后的砂层可能再液化而不是变得更密实，直至密实得而不会再液化。三、场地土液化的主要危害三、场地土液化的主要危害（1）淹没农田，淤塞渠道，桥梁破坏；）淹没农田，淤塞渠道，桥梁破坏；（2）地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜；）地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜；（3）不不均均匀匀沉沉降降引引起起建建筑筑物物上上部部结结构构破破坏坏，