2 场地、地基和基础抗震

1. 2 场地、地基和基础抗震 • 2.1概述 场地：工程群体的所在地，其在平面上大体相当于厂区、居民区、自然村或不小于1.0km2的区域范围。 场地土的作用：地震波的传播介质 结构物地基 建筑物震害程度：场地的地形、地貌、土层性质、水文 条件密切相关

2. 2.1概述 • 建筑物震害原因 a:场地的震动作用。 b:场地、地基的破坏作用 • 场地的震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用 如：结构承载力不足等 处理方法：合理的进行抗震设计和采取减震措施。 • 场地、地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性（地基失效）引起的。 如：砂土液化、软土震陷等 量少 有区域性 难以修复 处理方法：场地选择和地基处理

3. 2.2工程地质条件对震害的影响 • 2.2.1局部地形的影响 • 震害表明：局部孤突地形对震害有较大影响 ——对地震强度有放大作用 1920年宁夏海原8.5级地震中，位于渭河河谷的姚庄烈度为7度，相距仅2km的牛家山庄，坐落在高出河谷100m左右的黄土山嘴上，烈度为9度。 1975年辽宁海城地震中，高差58m的两个测点，地面加速度相差1.84倍。

4. 2.2.1局部地形的影响 • 高突地形地震反应的总体趋势： 1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大； 2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小； 3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大； 4.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; 5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。 对条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡 坡、河岸和边坡边缘等不利地段，应估计不利地段 对设计地震动参数产生的放大作用（增大系数）。

5. ---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，见表2.1 ---附加调整系数 1.0 0.6 0.3 2.2.1局部地形的影响 • 局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数

6. 2.2.2局部地质构造的影响 • 局部地质构造：断裂(发震断裂和非发震断裂） • 发震断裂：具有潜在地震活动的断裂 浅源地震多与断裂活动有关 地震时,发震断层可能出现很大的错动,建筑物严重破坏

7. 2.2.2局部地质构造的影响 发震断裂的活动特点: (1)地震震级愈高，出露于地表的断裂错动与断裂长度愈大 (2)覆盖层厚度愈大，出露于地表的断裂错动与断裂长度愈小 (3)地质年代愈久远，断裂的活动性愈小 《抗震规范》规定：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： 1）抗震设防烈度小于8度； 2）非全新世活动断裂；

8. 发震断裂的最小避让距离(m) 烈度 建筑抗震设防类别 甲 乙 丙 丁 8 专门研究 300m 200m __ 9 专门研究 500m 300m __ 2.2.2局部地质构造的影响 3）抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。 若不符合上述情况，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。

9. 2.2.2局部地质构造的影响 • 工程上最常遇到的是非发震断裂 • 非发震断裂：与地震活动没有成因联系的断层 地震作用下一般不会产生新的错动,对建筑物破坏无明显影响 不宜将建筑物横跨在断层上,以免可能发生的错动或不均匀沉降带来的危害

10. 2.2.3地下水位的影响 • 地下水位对建筑物的震害有明显影响 1）水位越浅，震害越严重 地下水位深度在5m以内时，震害影响最明显 2）地基土的类型不同，地下水位的影响程度亦不同 软弱土层影响最大：粉砂、细砂、淤泥质土等 粘性土次之 坚硬土影响最小：碎石、角砾、卵砾石等

11. 2.3场地 • 2.3.1场地条件对震害的影响 • 场地条件对建筑物震害影响的主要因素： 1）场地土的刚度 2）场地覆盖层的厚度 • 震害表明： 1）在同一地震和同一震中距离时，软弱地基地面的自震周期长，振幅大，震动持续时间长，震害也重。 2）软弱地基上，柔性建筑易遭到破坏，刚性建筑表现较好；坚硬地基上，柔性建筑表现较好，刚性建筑表现不一。 总体：在软弱地基上建筑物的震害比刚性地基上的要严重 3）建筑物的震害随覆盖土层厚度的增加而加重

12. 2.3场地 • 场地的地震效应 • 场地土对从基岩上传来的地震波有放大作用 • 地震动的卓越周期：从震源传来的地震波是由许多频率不同的分量组成，其中在振幅谱中幅值最大的频率分量对应的周期。 • 地震动的卓越周期取决于场地的固有周期 土层的过滤特性和放大作用 场地固有周期的简化计算公式为：T＝4H/ν H为场地覆盖层厚度；ν为土的剪切波速

13. 2.3场地 • 2.3.2场地土类型 • 土的类型取决于土的刚度，按土的等效剪切波速划分 • 土的等效剪切波速：

14. 2.3场地 • 根据土的等效剪切波速，土的类型分为4类：

15. 2.3场地 • 2.3.3场地覆盖层厚度：从地表到地下基岩面的距离 • 《抗震规范》，场地覆盖层厚度的确定： 1一般情况下，应按地面至剪切波速大于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相邻上层土剪切 波速2.5倍的土层，且其下卧土层的剪切波速不小于 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。

16. 等效剪切波速 （m/s） 场 地 类 型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 0 30~50 3~15 ~80 2.3场地 • 2.3.4场地类别划分 • 《规范》根据土层剪切波速和场地覆盖层厚度按下表划分为4类。 表：各类建筑场地的覆盖层厚度

17. 2.3场地 • 2.3.5场地选择 • 建筑场地的地质条件和地形地貌对建筑物震害有显著影响 • 规范根据场地上建筑物的震害程度，地段划分

18. 2.3场地 • 场地选择原则： 1）尽量选择对结构抗震有利的地段 2）尽可能避开对结构抗震不利的地段 3）除非特殊需要，不得在抗震危险地段上建造工程结构

19. 2.4地基基础抗震验算 • 2.4.1地基不验算的范围 • 震害表明： 1）只有少数房屋是由地基失效而导致上部结构破坏。 2）导致上部结构破坏的地基大多是可液化地基、易产生震陷的软土地基和严重不均匀地基。 3）大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力不够而导致上部结构破坏的震害现象。 《抗震规范》对量大面广的一般地基和基础不作抗震验算，对液化地基，软土地基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以避免或减轻震害。

20. 2.4.1地基不验算范围 • 《抗震规范》规定，下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算： 1、砌体房屋 2、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)一般的单层厂房； 2)单层空旷房屋； 3)不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋及 基础荷载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

21. 2.4.2地基土抗震承载力调整 • 地基土的抗震承载力

22. 地基土抗震承载力调整系数 岩土名称和性状 岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土 1.5 中密、稍密的碎石土，中密和稍密的砾、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂， 的粘性土和粉土 1.3 稍密的细、粉砂， 的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土 1.1 淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土 1.0 2.4.2地基土抗震承载力调整

23. 2.4.2地基土抗震承载力调整 • 地基抗震承载力调整原因 1）除十分软弱土之外，多数土在有限次的动载下，动承载力比静承载力稍高。 2）考虑地震作用的偶然性、短暂性及工程经济等因素，地基在地震作用下的可靠性应比静力作用下的可靠性有所降低，即地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；

24. 2.4.3天然地基抗震验算 • 采用“拟静力法” ——即假定地震作用如同静力荷载恒定作用在地基基础上。 • 规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求 式中

25. 2.4.3天然地基抗震验算 • 注意事项： 1)高宽比大于4的高层建筑，基底不宜出现拉应力 2)其他建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基底面积的15%。

26. 2.5地基液化 • 2.5.1砂土液化机理及影响液化的因素 • 砂土液化机理

27. 2.5地基液化 • 液化的宏观标志是在地表出现喷水冒砂 • 液化产生的震害 1）地面开裂、下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜。 2）地基不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁、板等水平构件及节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂。 3）淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移等 震害调查表明：在各种由于地基失效引起的震害中， 80％是因土体液化造成的

28. 2.5地基液化 • 影响场地土液化的因素 • 土层的地质年代：地质年代越古老，土层的固结度、密实度和结构性越 好，越不易液化； 第四纪晚更新世（Q3）以及以前的饱和土层未见发生液化 • 土的组成：级配良好的砂土不易液化 细砂、粉砂渗透性低，较粗砂易液化 粉土的粘粒含量越高，越不易液化 • 土层的相对密度：土的密实程度越大，越不易液化

29. 2.5地基液化 • 土层的埋深：土的埋深越大, 有效覆盖层压力越大， 越不易液化 土层液化深度很少超过20m • 地下水位的深度：地下水位越深，越不易液化 砂土：一般地下水位小于4m时易液化 粉土:7,8,9度时,地下水位小于1.5m,2.5m和6m易液化 • 地震烈度和地震持续时间：地震烈度越高,持续时间越 长，饱和砂土越易液化。 一般液化主要发生在烈度为7度及以上地区

30. 2.5.2液化的判别 • 液化判别和处理的一般原则： 1）对存在饱和砂土和粉土的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑应按7度的要求进行判别和处理。 2）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措施。

31. 2.5.2液化的判别 • 液化判别的方法：“两步判别法” ——初步判别和标准贯入试验判别 • 1、初步判别 ——根据影响液化的因素 (2)粉土的粘粒(粒径小于0.005mm 的颗粒)含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13、和16时，可判为不液化土。

32. 2.5.2液化的判别 （3）采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和 地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响。

33. 饱和土 类别 烈度 7 8 9 粉土 6m 7m 8m 砂土 7m 8m 9m 2.5.2液化的判别

34. 穿心锤 锤垫 触探杆 贯入器头 出水孔 贯入器身 贯入器靴 φ35 φ51 图2.2标准贯入试验设备示意图 2.5.2液化的判别 2、标准贯入试验判别 —— 初判认为可能液化或需要 考虑液化影响时

35. 2.5.2液化的判别 判别标准

36. 2.5.2液化的判别

37. 2.5.3液化地基危害程度评价 液化地基危害程度的定量评价 ——液化指数IlE

38. 2.5.3液化地基危害程度评价 一般，液化指数越大，场地喷水冒砂情况和建筑物的液化就越严重

39. 2.5.3液化地基危害程度评价 • 液化等级和相应震害情况见下表

40. 2.5.4地基抗液化措施 • 根据建筑物的抗震设防类别和地基的液化等级，结合具体情况综合确定 • 当液化土层较平坦且均匀时，宜按下表选用措施

41. 2.5.4地基抗液化措施 1、全部消除地基液化沉陷

42. 2.5.4地基抗液化措施 2、部分消除液化地基沉陷

43. 2.5.4地基抗液化措施 3、基础和上部结构处理 1)选择合适的基础埋置深度深度 2）调整基础底面积，减少基础偏心

44. 2.5.4地基抗液化措施

45. 本章重点 1.名词解释 发震断裂、场地、场地覆盖层厚度、砂土液化 2.场地土的类型和场地类别的划分 3.地基抗震承载力的确定 4.影响砂土液化的主要因素，如何影响 5.地基土液化的辨别