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1、工程结构抗震设计第二章第1页，共29页，编辑于2022年，星期六第二章第二章 场地、地基与基础场地、地基与基础第一节第一节 工程地质条件对震害的影响工程地质条件对震害的影响一、局部地形的影响一、局部地形的影响1局部地形高差大于局部地形高差大于3050m，高处震害重。，高处震害重。2局部孤突基岩地形震害重。局部孤突基岩地形震害重。二、局部地质构造的影响二、局部地质构造的影响局部地质构造主要指断层。局部地质构造主要指断层。断层可分发震断层与非发震断层。断层可分发震断层与非发震断层。发震断层为具有潜在地震活动的断层。发震断层为具有潜在地震活动的断层。场地选择：应尽量使建筑远离断层及其破碎带。场地选择
2、：应尽量使建筑远离断层及其破碎带。第2页，共29页，编辑于2022年，星期六三、地下水位的影响三、地下水位的影响 水位越浅震害越重。水位越浅震害越重。四、地段类别的划分四、地段类别的划分1.建筑场地划分为三种地段：建筑场地划分为三种地段：有利地段、不利地段、有利地段、不利地段、危险地段危险地段2建筑物选址时建筑物选址时（1）应选择对抗震有利的地段；应选择对抗震有利的地段；（2）避避开开不不利利地地段段，当当无无法法避避开开时时，应应采采取取适适当当的的抗震措施；抗震措施；（3）不应在危险地段建造建筑物。不应在危险地段建造建筑物。第3页，共29页，编辑于2022年，星期六按建筑按建筑按建筑按建筑
3、物震害物震害物震害物震害程度程度程度程度有利有利有利有利场地场地场地场地不利不利不利不利场地场地场地场地危险危险危险危险场地场地场地场地坚硬土坚硬土坚硬土坚硬土中硬土中硬土中硬土中硬土软弱土软弱土软弱土软弱土山丘山丘山丘山丘山嘴山嘴山嘴山嘴液化土液化土液化土液化土滑坡滑坡滑坡滑坡泥石流泥石流泥石流泥石流地裂地裂地裂地裂第4页，共29页，编辑于2022年，星期六水边地的地下水位较水边地的地下水位较高，土质也较松软，高，土质也较松软，容易在地震时产生土容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。壤滑动或地层液化。用另外的土石來填用另外的土石來填补地基，常有土壤补地基，常有土壤密实度不足情形，密实度不足情形
4、，导致建筑物在地震导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。时产生倾斜、沉陷。山坡地在地震时会产山坡地在地震时会产生土壤滑动。生土壤滑动。冲积地冲积地的土质松软，地震时的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易有地下水层，还容易发生液化。发生液化。n 不利的场地条件不利的场地条件 第5页，共29页，编辑于2022年，星期六谷地或低地，这里的建筑物容易在谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。地震发生时，受土石崩塌破坏。n 不利的场地条件不利的场地条件 临近悬崖临近悬崖,容易滑落。容易滑落。第6页，共29页，编辑于2022年，星期六n 不利的场地条件不利的
5、场地条件 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。多与断裂活动有关。第7页，共29页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 场场 地地一、场地概念一、场地概念 场场地地：工工程程群群体体所所在在地地，在在平平面面上上大大体体相相当当厂厂区区、居民点或自然村的区域范围。居民点或自然村的区域范围。场地土：场地范围内的地基土。场地土：场地范围内的地基土。场地条件对震害的影响因素：场地条件对震害的影响因素：（1）场地土的刚度（坚硬程度）场地土的刚度（坚硬程度）（2）场地覆盖层厚度）场地覆盖层厚度第8页，共29页，编辑于2022年，星期六为何用剪切波速而非压
6、缩波来判定土的类型？为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？泊泊松松比比对对剪剪切切波波速速度度影影响响不不太太大大，相相对对稳稳定定，而而对对压压缩缩波波影影响响很很大大（例例如如=0.20.48时时）。这这种种变变化化特特征征对对于于现现场场测测试试VP时时的的要要求求很很高，而实际上很难做到。高，而实际上很难做到。土土可可以以认认为为是是由由骨骨架架（矿矿物物、砂砂粒粒等等）与与填填充充物物（气气体体、液液体体等等）组组成成。剪剪切切波波不不能能在在气气体体或或液液体体中中传传播播，即即VS只只与与土土的的骨
7、骨架架性性质质有有关关，而而与与填填充充特特性性无无关关。岩岩土土的的骨骨架架和和颗颗粒粒之之间间的的连连接接形式，是在一定的历史时期形成的，它相对稳定。形式，是在一定的历史时期形成的，它相对稳定。压压缩缩波波可可以以在在任任何何介介质质中中传传播播，VP除除了了与与土土的的压压实实程程度度和和弹弹性性常常数数有有关关外外，还还和和岩岩土土的的含含水水量量和和人人类类活活动动等等因因素素有有关关，因因此此，用用VS则则更能客观地反映土的性质。更能客观地反映土的性质。第9页，共29页，编辑于2022年，星期六二、场地土的类型二、场地土的类型1对单一性质土对单一性质土由场地土的剪切波速确定由场地土
8、的剪切波速确定式中，式中，G为土的剪切模量，为土的剪切模量，为土的密度。为土的密度。2多层土多层土由多层土等效剪切波速确定由多层土等效剪切波速确定第10页，共29页，编辑于2022年，星期六vs1vs2vsivsnd1d2didn1d0自然地面自然地面vsed0自然地面自然地面 等效剪切波速等效剪切波速Vse的确定方法的确定方法第11页，共29页，编辑于2022年，星期六等等效效原原则则：地地震震波波通通过过多多层层土土的的时时间间与与通通过过折折算算土土层层时时间间相相等。等。式中式中 Vsi第第i层土的剪切波速，层土的剪切波速，m/s di 第第i层土的厚度，层土的厚度，m d0 场地土计
9、算厚度，取地面下场地土计算厚度，取地面下20m，但不，但不 深于场地覆盖层厚度，深于场地覆盖层厚度，m n 土层数目土层数目Vs2VsnVs1d1d2didndVsed0自然地面自然地面自然地面自然地面(a)原原来来土土层层(b)折折算算土土层层Vsi第12页，共29页，编辑于2022年，星期六3对对丁丁类类建建筑筑及及不不超超过过10层层且且高高度度不不超超过过30m的的丙丙类类建建筑筑，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，先先估估计计各各土层剪切波速，再计算等效剪切波速。土层剪切波速，再计算等效剪切波速。三、场地覆盖层厚度三、场地覆盖层厚度 定义
10、：从地面至坚硬场地土顶面的距离。定义：从地面至坚硬场地土顶面的距离。四、场地类别四、场地类别 场地类别场地类别划分为四类，划分依据：划分为四类，划分依据：（1 1）场地土等效剪切波速（或场地土类型）场地土等效剪切波速（或场地土类型）（2 2）场地覆盖层厚度）场地覆盖层厚度第13页，共29页，编辑于2022年，星期六例题例题：已知某建筑场地的钻孔资料如下表：已知某建筑场地的钻孔资料如下表1所示，试确所示，试确定该场地的类别。定该场地的类别。土土层层底部深度底部深度（m）土土层层厚度厚度（m）土的名称土的名称土土层层剪切波速剪切波速（m/s）1.51.5杂杂填土填土1803.52.0粉土粉土240
11、7.54.0细细砂砂31015.58.0砾砾砂砂520表表1 钻孔资料钻孔资料第14页，共29页，编辑于2022年，星期六解：解：（1）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度因为地表以下因为地表以下7.5m土层的剪切波速土层的剪切波速Vs=520m/s500m/s，故覆盖层厚，故覆盖层厚度度dov=7.5m。（2）计算剪切波速）计算剪切波速覆盖层厚度覆盖层厚度dov5m，故属于，故属于II类场地。类场地。m/s第15页，共29页，编辑于2022年，星期六例例题题：已已知知某某建建筑筑场场地地的的钻钻孔孔土土层层资资料料如如表表所所示示，试试确确定定该该建建筑筑场场地地的类别。的类别。(2)地面下地面下
12、20m以上场地土等效剪切以上场地土等效剪切波速波速解：解：(1)确定覆盖层厚度确定覆盖层厚度(3)确定建筑场地类别确定建筑场地类别属于属于类场地类场地层底深度层底深度(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19037.828.3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520dov=63m第16页，共29页，编辑于2022年，星期六【例题】【例题】已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻孔地质资已知某拟建办公写字楼的建筑场地，其钻孔地质资料如表料如表1所
13、示，试确定该场地的类别。所示，试确定该场地的类别。土层底部深度（土层底部深度（m）土土层层厚度（厚度（m）岩土名称岩土名称土土层层剪切波速剪切波速vsi(m/s)2.002.00杂杂填土填土2004.502.50粉土粉土2808.403.90中砂中砂38016.708.20碎石土碎石土540表表1 某建筑场地钻孔地质资料某建筑场地钻孔地质资料第17页，共29页，编辑于2022年，星期六五、场地土的固有周期五、场地土的固有周期1.基本方程基本方程2.简化公式简化公式式中：式中：dov覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。覆盖层厚度，即从基岩算起至地面的的厚度。式中：式中：vsi、hi覆盖层中第
14、覆盖层中第i层土的剪切波速和土层厚度；层土的剪切波速和土层厚度；n场地覆盖层中的土层总数。场地覆盖层中的土层总数。（2）多层土多层土（1）单一土层）单一土层第18页，共29页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 地基基础的抗震验算地基基础的抗震验算一、验算原则一、验算原则仅验算地基承载力，不验算地基变形。仅验算地基承载力，不验算地基变形。二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑二、不进行天然地基抗震承载力验算的建筑 1砌体房屋；砌体房屋；2地地基基主主要要受受力力层层范范围围内内不不存存在在软软弱弱粘粘性性土土层层的的下下列列建建筑：筑：（1）一般单层厂房、单层空旷房屋；）一般单层厂房、单层空
15、旷房屋；（2）不超过）不超过8层且高度层且高度25m以下的一般民用框架房屋；以下的一般民用框架房屋；（3）基础荷载与）基础荷载与（2）相当的多层框架厂房；相当的多层框架厂房；3可不进行上部结构抗震验算的建筑。可不进行上部结构抗震验算的建筑。第19页，共29页，编辑于2022年，星期六三、天然地基在地震作用下的抗震验算三、天然地基在地震作用下的抗震验算式中式中faE调整后的地基土抗震承载力特征值调整后的地基土抗震承载力特征值 s地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数fa修修正正后后的的地地基基土土静静承承载载力力特特征征值值，按按建建筑筑地地基基础设计规范采用。基基础设计规范采用。1地
16、基土抗震承载力地基土抗震承载力第20页，共29页，编辑于2022年，星期六 2地震作用下天然地基的抗震验算地震作用下天然地基的抗震验算验算天然地基地震作验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，可用下的竖向承载力时，可认为其在基础底面所产生认为其在基础底面所产生的压力是直线分布的。按的压力是直线分布的。按地震作用效应地震作用效应标准组合标准组合的的基础底面平均压力和边缘基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式最大压力应符合下列各式要求：要求：ppmmaaxxpp地基反力示意图地基反力示意图 第21页，共29页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 地基土的液化地基土的液化一、地基土液化的原因及
17、其危害一、地基土液化的原因及其危害1原因原因地地震震时时，饱饱和和砂砂土土或或粉粉土土颗颗粒粒在在强强烈烈振振动动下下发发生生相相对对位位移移，颗颗粒粒结结构构有有压压密密趋趋势势，如如其其本本身身渗渗透透系系数数较较小小，短短时时间间内内空空隙隙水水排排泄泄不不走走而而受受到到挤挤压压，空空隙隙水水压压力力急急剧剧增增加加，当当空空隙隙水水压压力力增增加加到到与与剪剪切切面面上上的的法法向向压压应应力力接接近近或或相相等等时时，砂砂土土或或粉粉土土受受到到的的有有效效压压应应力力下下降降乃乃至至丧丧失失，砂砂土土颗颗粒粒局局部部或或全全部部处处于于悬悬浮浮状状态态。此此时时，土土体体抗抗剪剪
18、强强度度等等于于零，形成有如零，形成有如“液体液体”的现象，即称为的现象，即称为“液化液化”。第22页，共29页，编辑于2022年，星期六2危害危害地地面面喷喷水水冒冒砂砂，地地基基不不均均匀匀沉沉陷陷，地地裂裂滑滑坡坡，从而造成建筑物的破坏。从而造成建筑物的破坏。第23页，共29页，编辑于2022年，星期六二、影响地基土液化的因素二、影响地基土液化的因素砂土、粉土、饱和度、振动是产生液化的必要条件。砂土、粉土、饱和度、振动是产生液化的必要条件。影响地基土液化的主要因素：影响地基土液化的主要因素：1地质年代。年代愈久抗液化能力愈强。地质年代。年代愈久抗液化能力愈强。2土的组成。土的组成。（1）
19、细细砂砂较较粗粗砂砂易易液液化化，颗颗粒粒均均匀匀的的较较颗颗粒粒级级配配良良好的易液化。好的易液化。（2）粘性颗粒含量多不易液化，含量越少越易液化。）粘性颗粒含量多不易液化，含量越少越易液化。第24页，共29页，编辑于2022年，星期六不液化粉土粘粒含量界限值：不液化粉土粘粒含量界限值：烈度烈度 粘粒含量粘粒含量 c（%）7 10 8 13 9 163土的相对密度。相对密度越小越易液化。土的相对密度。相对密度越小越易液化。4上覆土层的厚度。厚度越大越不易液化。上覆土层的厚度。厚度越大越不易液化。5地下水位。地下水位浅时较深时易液化。地下水位。地下水位浅时较深时易液化。6地震烈度和地震持续时间
20、。地震烈度和地震持续时间。烈度越高越易液化；地震持时长易液化。烈度越高越易液化；地震持时长易液化。第25页，共29页，编辑于2022年，星期六三、液化的判断三、液化的判断6度时，一般不考虑液化影响。度时，一般不考虑液化影响。液化判别可分二步进行：液化判别可分二步进行：第一步：初步判断。第一步：初步判断。饱饱和和的的砂砂土土或或粉粉土土当当符符合合下下列列条条件件之之一一时时，可可初初步步判断为不液化或不考虑液化的影响判断为不液化或不考虑液化的影响1地地质质年年代代为为第第四四纪纪晚晚更更新新世世（Q3）及及其其以以前前时时，可判为不液化土。可判为不液化土。2粉粉土土的的粘粘粒粒（粒粒径径小小于
21、于0.005mm的的颗颗粒粒）含含量量百百分分率率 c（%）在在7度度、8度度、9度度分分别别不不小小于于10、13、16时，应判为不液化土。时，应判为不液化土。第26页，共29页，编辑于2022年，星期六3采采用用天天然然地地基基的的建建筑筑，当当其其上上覆覆非非液液化化土土层层厚厚度度和和地地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响 du d0+db 2 dw d0+db 3 du+dw 1.5d0+2db 4.5式中式中dw地下水位深度地下水位深度（m）du上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度（m）db基础埋置深度基础埋置深度（m），不
22、超过，不超过2m时应采用时应采用2md0液化土特征深度液化土特征深度（m），查表采用，查表采用第27页，共29页，编辑于2022年，星期六第二步：标准贯入试验判别。第二步：标准贯入试验判别。标标准准贯贯入入试试验验设设备备：标标准准贯贯入入器器、触触探探杆杆、重重63.5kg的穿心锤。的穿心锤。操作方法：操作方法：实测标准贯入锤击数实测标准贯入锤击数N63.5 计算标准贯入锤击数临界值计算标准贯入锤击数临界值Ncr N63.5 Ncr时时，应应判判为为可可液液化化土土，否否则则为为不不液液化土。化土。第28页，共29页，编辑于2022年，星期六2液化等级液化等级根据液化指数划分根据液化指数划分液化指数液化指数 0 IlE 6 6 IlE 18 18 IlE液化等级液化等级 轻微轻微 中等中等 严重严重3液化危害描述液化危害描述液化宏观现象：液化宏观现象：地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑坡地面喷水冒砂，地基不均匀沉陷，地裂滑坡四、液化地基的评价四、液化地基的评价1液化指数液化指数 =10 i 15m 10m(15m)15m(20m)权函数图形权函数图形第29页，共29页，编辑于2022年，星期六