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1、 2.1 场场 地地场场地地是是指指建建筑筑群群体体所所在在地地，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1.0km2的的平平面面面面积积。场场地地条条件件对对建建筑筑震震害害的的主主要要影影响响因因素素：场场地地土土的的刚刚性（坚硬或密实程度）大小性（坚硬或密实程度）大小、场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度。场场地地土土的的刚刚性性一一般般用用土土的的剪剪切切波波速速表表示示，因因为为剪剪切切波波速速是是土土的的重重要要动动力力参参数数，是是最最能能反反映映场场地地土土的的动动力力特特性性的的。因因此此，以以剪剪切切波波速速表表示示场场地地土土的的刚刚性性
2、广为各国规范所采用广为各国规范所采用。2.1.1建筑场地的类别建建筑筑场场地地的的类类别别，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建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范表表4.1.6划划分分为四类。见教材表为四类。见教材表2-1。（1）土层等效剪切波速的计算公式：）土层等效剪切波速的计算公式：（2）建筑场地覆盖层厚度的确定方法：）建筑场地覆盖层厚度的确定方法：土层等效剪切波速的计算公式土层等效剪切波速的计算公式建筑场地覆盖层厚度的确定建筑场地覆盖层厚度的确定（1）一一般般情情况况下下，应应按按地地面面至至剪剪切切波波速速大大于于500m/s500m/s的坚硬
3、土层或岩层顶面的距离确定。的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。（2）当当地地面面5m5m以以下下存存在在剪剪切切波波速速大大于于相相邻邻上上层层土土剪剪切切波波速速的的2.52.5倍倍的的土土层层，且且其其下下卧卧层层土土的的剪剪切切波波速速均均不不小小于于400m/s400m/s时时，可可取取地地面面至至该该土土层层顶顶面面的的距距离离和和地地面面至至剪剪切切波波速速大大于于500m/s500m/s的的坚坚硬硬土土层层或或岩岩层层顶面距离二者中的较小值。顶面距离二者中的较小值。（3）剪切波速大于剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，的孤石、透镜体，应视为周围土层。应视为周围土层。（4）厚度不大
4、于厚度不大于5m、剪切波速大于、剪切波速大于500m/s和和剪切波速大于剪切波速大于400m/s且大于相邻上层土剪切波且大于相邻上层土剪切波速速2.5倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中扣倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中扣除，其厚度也不计入。除，其厚度也不计入。2.1.2 场地土的类型表2-2 土的类型划分和剪切波速划分土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围 坚硬土或岩石稳定岩石、密实的碎石土中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中软土稍密的砾、粗、中砂,除松散砂外的细粉砂，的粘性土和粉土，的填土、可塑黄土软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和
5、粉土，的填土，流塑黄土2.2 地震时地面运动特征2.2.1 2.2.1 场地土的卓越周期场地土的卓越周期地地震震波波是是一一种种波波形形十十分分复复杂杂的的行行波波。根根据据谐谐波波分分析析原原理理，可可以以将将它它看看作作是是由由几几个个简简谐谐波波叠叠加加而而成成。场场地地土土对对基基岩岩传传来来的的各各种种谐谐波波分分量量都都有有放放大大作作用用，但但对对其其中中有有的的放放大大的的多多，有有的的放放大大的的少少。也也就就是是说说，不同的场地土对地震波有不同的放大作用。不同的场地土对地震波有不同的放大作用。为土层的卓越周期，也就是土的自振周期。由于地层土质和厚度不同，表土层的卓越周期一般
6、可自0.1秒至数秒。土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明，凡是建筑物的自振周期与土的卓越周害调查表明，凡是建筑物的自振周期与土的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此，在结这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此，在结构抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开土的卓构抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开土的卓越周期，以免产生类共振现象。越周期，以免产生类共振现象。2.2.2地震时的地面运动地地震震时时地地面面运运动动加加速速度度记记录录是是地地震震工工程
7、程的的基基本本数数据据。在在绘绘制制加加速速度度反反应应谱谱曲曲线线和和进进行行结结构构地地震震反反应应直直接接动力计算时，都要用到强震地面运动加速度记录。动力计算时，都要用到强震地面运动加速度记录。2.3 地基基础抗震验算在地震作用下，为了保证建筑物的安全和正常使用，在地震作用下，为了保证建筑物的安全和正常使用，对地基而言，与静力计算一样，亦应同时满足变形对地基而言，与静力计算一样，亦应同时满足变形和地基承载力的要求。但是，由于在地震作用下地和地基承载力的要求。但是，由于在地震作用下地基变形过程十分复杂，目前还没有条件进行这方面基变形过程十分复杂，目前还没有条件进行这方面的定量计算。因此，的
8、定量计算。因此，建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范规定，规定，只要对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条只要对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来弥补。措施来弥补。规范规范规定，建筑在天然地基上的以下规定，建筑在天然地基上的以下建筑，可以不进行地基抗震承载力验证：建筑，可以不进行地基抗震承载力验证：(1)(1)砌体房屋；砌体房屋；(2)(2)地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：的下列建筑：一般单层厂房和单层空旷房屋；一般单层厂房和单层空旷房屋；不超
9、过不超过8 8层且高度在层且高度在25m25m以下的一般民用框架房以下的一般民用框架房屋；屋；基础荷载与基础荷载与项相当的多层框架厂房。项相当的多层框架厂房。(3)(3)抗震规范抗震规范规定可不进行上部结构抗震验规定可不进行上部结构抗震验算的建筑算的建筑。2.3.2天然地基抗震承载力验算（1）验算公式验算公式（210）（211）（212）(2)地基土抗震承载力设计值的确定要确定地基土抗震承载力就要研究动力荷载作用下要确定地基土抗震承载力就要研究动力荷载作用下土的强度，即土的强度，即土的动力强度土的动力强度（简称动强度）。动强（简称动强度）。动强度一般按动荷载和静荷载作用下，在一定的动荷载度一般
10、按动荷载和静荷载作用下，在一定的动荷载循环次数下，土样达到一定应变值（常取静荷载的循环次数下，土样达到一定应变值（常取静荷载的极限应变值）时的总作用应力。极限应变值）时的总作用应力。地基抗震承载力提高的原因（1 1）地震是一种偶然作用，历时短暂，因而地基）地震是一种偶然作用，历时短暂，因而地基在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。（2 2）地震是低频（）地震是低频（15Hz）的有限次（的有限次（1030次）脉冲作用，在这样条件下，除十分软弱的土次）脉冲作用，在这样条
11、件下，除十分软弱的土外，大多数土的动强度都比静强度高。外，大多数土的动强度都比静强度高。2.4场地土的液化与抗液化措施2.4.1 2.4.1 场地土的液化现象场地土的液化现象 2.4.1.1 2.4.1.1 液化的概念液化的概念定定义义：位位于于地地下下水水位位以以下下的的饱饱和和的的松松砂砂和和粉粉土土在在地地震震作作用用下下，土土颗颗粒粒之之间间有有变变密密的的趋趋势势（图图2-5a2-5a）但但因因孔孔隙隙水水来来不不及及排排出出，使使土土颗颗粒粒处处于于悬悬浮浮状状态态，如如液体一样（图液体一样（图2-5b2-5b）这种现象就称为土的液化。这种现象就称为土的液化。图2-5 土的液化示意
12、图在在近近代代地地震震史史上上，19641964年年6 6月月日日本本新新瀉瀉地地震震使使很很多多建建筑筑的的地地基基失失效效，就就是是饱饱和和松松砂砂发发生生液液化化的的典典型型事事例例。这这次次地地震震开开始始时时，使使该该城城市市的的低低洼洼地地区区出出现现了了大大面面积积砂砂层层液液化化，地地面面多多处处喷喷砂砂冒冒水水，继继而而在在大大面面积积液液化化地地区区上上的的汽汽车车和和建建筑筑逐逐渐渐下下沉沉。而而一一些些诸诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。新新瀉瀉地地震震后后，土土的的动动强强度度和和液液化化问问题题更更加加引引起起国国内外地震工作者的
13、关注。内外地震工作者的关注。根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。我们知道，饱和砂土的抗剪强度可写成：式中 剪切面上有效法向压应力（粒间压应力）；剪切面上总的法向压应力；剪切面上孔隙水压力；土的内摩擦角。地震时，由于场地土作强烈振动，孔隙水压力急剧增高，直至与总的法向压应力 相等，即有效法向压应力 时，砂土颗粒便呈悬浮状态。土体抗剪强度 ，从而使场地土失去承载能力。2.4.1.2 影响液化的因素(1)土的组成新细砂和粗砂比较，细砂的渗透性比粗砂低，所以细砂比粗砂更容易液化。较粗的砂粒也有发生液化的实例。但因其比细砂的透水性高，孔隙水的超压作用时间也短，并且液化
14、造成的变位也小。从震害资料看，砾砂和粗砂很少发生液化。(2)砂土的密实程度砂土越松越容易液化。1964年日本新瀉地震表明，相对密度大于70%的地方，普遍地看到液化现象，而相对密度小于50%的地方就没有液化。(3)砂层埋深和地下水位的影响砂层埋深越大，地下水位越低，即有效覆盖层压力越大，砂层就不容易液化。当侧限压力越大，越不容易液化。(4)地震烈度的大小和地震持续时间烈度越高的地区，地面运动的强度就越大，一般烈度在6度及以下的地区，很少看到有液化现象，而在7度及以上地区，则烈度越高液化现象越严重。地震的持续时间长短也是确定液化可能性的一个重要因素。地震时间越长，砂的颗粒间所受应力周次也越大。2.
15、4.1.3 场地土液化对建筑物产生的震害（1）地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜。（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2.4.2场地土液化的判别方法 地基土液化判别过程可分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。1.初步判别 饱和的砂土或粉土（不含黄土）当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可以不考虑液化影响。(1)地质年代为地四纪晚更新世及其以前且设防烈度为7、8度时；(2)粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率（），当烈度为7度、8度、9度时分别大于10、
16、13、16时；(3）上覆非液化土层厚度是指地震时能抑制可液化土层喷砂冒水的厚度。构成覆盖层的非液化层除天然地层外，还包括堆积五年以上或地震承载力大于100kpa的人工填土层。当覆盖层中夹有软土层，对抑制喷砂作用很小，且其本身在地震中很可能发生软化现象时，该土层应从覆盖层中扣除。覆盖层厚度一般从第一层可液化土层的顶面计至地表。地下水位高低是影响喷砂冒水的一重要因素。实际震害调查表明，当砂土和粉土的地下水位不小于下表所列限值时，未发现土层发生液化现象。表2-5a 土层不考虑液化时覆盖层厚度和地下水位界限值 和 烈度土类及项目789砂土789678粉土678567 式（27）的含义式中db-2，则是
17、考虑基础埋置深度db2m对不考虑土层液化时覆盖层厚度的界限值修正项。表2-5中不考虑土层液化界限值duj是在基础埋置深度db2m的条件下确定的。因为这时饱和土层位于地基主要受力层（厚度为Z）之下或下端，它的液化与否不会引起房屋的有害影响，但当db2m时，液化土层有可能进入地基主要受力层范围内，对房屋造成不利影响。因此，不考虑土层液化时覆盖层厚度界限值应增加。由此可知，式（2-7）是不考虑土层液化的覆盖层厚度的条件。式（26）的含义比较表（2-5）和（2-5a）可知，d0-1 。式中 db-2 为基础埋置深度db2m时地下水位深度界限值的修正项。式（2-6）是不考虑土层液化的地下水位深度条件。式
18、（2-8）的概念（2-8）式改写成下式：式中，1.5d0-0.5 就是按图中线段AB上任一点C的纵、横坐标之和。2.准贯入试验判别 当上述所有条件均不能满足时，地基土存在液化可能。此时，应采用标准贯入试验进一步判别其是否液化。(1)一般情况下，当地面下15m深度范围内的锤击数N63.5(未经杆长修正)小于下式确定的临界值Ncr时，应判为液化土，否则为非液化土。上式可以改写成下面形式：砂土式（2-9）中的N0是在发生液化平均深度（饱和土标准贯入点深度）ds=3m和地下水位dw=2m条件下测定的。因此，式0.1(ds-3)和0.1(dw-2)分别为ds3m和dw2m的修正项，其中0.1为修正系数。
19、粉土式（29）中 是在砂土锤击数临界值公式基础上考虑粉土影响的修正项。（2）在地面下15-20m深度范围的Ncr公式砂土粉土（15mds20m）实际上，上式是由式（2-9）取ds=15m时得到的。这是考虑到ds15m时土的液化锤击数临界值随深度加深起初稍许增加随后缓慢递减，而呈非线性变化。这时如按式（2-9）计算，结果将过于保守。根据现有液化资料分析，当ds15m时，取ds=15m仍按式（2-9）计算，则这种处理方法既简单又较接近实际。2.4.3液化地基的评价 2.4.3.1评价的意义 过去，对场地土液化问题仅根据判别式给出液化或非液化两种结论。因此，不能对液化危害性做出定量的评价，从而也就不能采取相应的抗液化措施。很显然，地基土液化程度不同，对建筑的危害也不同。因此，对液化地基危害性的分析和评价是建筑抗震设计中一个重要的问题。2.4.3.2液化指数 为了鉴别场地土液化危害的严重程度，抗震规范给出了液化指数的概念。在同一地震烈度下，液化层的厚度越厚埋藏越浅，地下水位越高，实测标准贯入锤击数与临界标准贯入锤击数相差越多，液化就越严重，带来的危害性就越大。液化指数是比较全面反映了上述各因素的影响。注意式中符号的意义。2.4.3.3 地基液化的等级2.4.4液化地基的抗震措施