第2章场地与地基课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1,场 地,场地是指建筑群体所在地，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于,1.0km,2,的平面面积。场地条件对建筑震害的主要影响因素：场地土的,刚性（坚硬或密实程度）大小,、,场地覆盖层厚度,。,场地土的刚性一般用土的,剪切波速,表示，因为剪切波速是土的重要动力参数，是最能反映场地土的动力特性的。因此，以剪切波速表示场地土的刚性广为各国规范所采用,。,2.1 场 地场地是指建筑群体所,1,2.1.1,建筑场地的类别,建筑场地的类别，应根据,土层等效剪切波速,和,场地覆盖层厚度,按建筑抗震设计规范表,4.1.6,划分为四类。见教材表2-1。,（1）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：,2.1.1建筑场地的类别建筑场地的类别，应根据土层等效剪切,2,第2章场地与地基课件,3,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,4,建筑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,的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。,（2）,当地面,5m,以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的,2.5,倍的土层，且其下卧层土的剪切波速均不小于,400m/s,时，可取地面至该土层顶面的距离和地面至剪切波速大于,500m/s,的坚硬土层或岩层顶面距离二者中的较小值。,建筑场地覆盖层厚度的确定 （1）一般情况下，应按地,5,（,3）,剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视为周围土层。,（4）,厚度不大于5m、剪切波速大于500m/s和剪切波速大于400m/s且大于相邻上层土剪切波速2.5倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中扣除，其厚度也不计入。,（ 3）剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视为周围土,6,2.1.2,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粉土，,的填土，流塑黄土,2.1.2 场地土的类型表2-2 土的类型划分和剪切波,7,2.2,地震时地面运动特征,2.2.1,场地土的卓越周期,地震波是一种波形十分复杂的行波。根据谐波分析原理，可以将它看作是由几个简谐波叠加而成。场地土对基岩传来的各种谐波分量都有放大作用，但对其中有的放大的多，有的放大的少。也就是说，不同的场地土对地震波有不同的放大作用。,2.2 地震时地面运动特征2.2.1 场地土的卓越周期,8,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,期一般可自0.1秒至数秒。,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,9,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。,土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明，,10,2.2.2,地震时的地面运动,地震时地面运动加速度记录是地震工程的基本数据。在绘制加速度反应谱曲线和进行结构地震反应直接动力计算时，都要用到强震地面运动加速度记录。,2.2.2地震时的地面运动地震时地面运动加速度记录是地震工,11,2.3,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，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，建筑抗震设计规范规定，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措施来弥补。,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,12,规范规定，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：,(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：,一般单层厂房和单层空旷房屋；,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房,屋；,基础荷载与项相当的多层框架厂房。,(3)抗震规范规定可不进行上部结构抗震验,算的建筑,。,规范规定，建筑在天然地基上的以下建筑，可以不进行地基抗震,13,2.3.2天然地基抗震承载力验算,（1）,验算公式,（210）,（,211,）,（,212,）,2.3.2天然地基抗震承载力验算（1）验算公式（210）,14,(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土的强度，即,土的动力强度,（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。,(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,15,地基抗震承载力提高的原因,（1）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,低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。,（2）地震是低频（,15Hz,）的有限次（,1030,次）脉冲作用，在这样条件下，除十分软弱的土,外，大多数土的动强度都比静强度高。,地基抗震承载力提高的原因（1）地震是一种偶然作用，历时短暂，,16,2.4,场地土的液化与抗液化措施,2.4.1,场地土的液化现象,2.4.1.1,液化的概念,定义：位于地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势（图,2-5a,）但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，如液体一样（图,2-5b,）这种现象就称为土的液化。,2.4场地土的液化与抗液化措施2.4.1 场地土的液化现象,17,图2-5 土的液化示意图,图2-5 土的液化示意图,18,在近代地震史上，,1964,年,6,月日本新瀉地震使很多建筑的地基失效，就是饱和松砂发生液化的典型事例。这次地震开始时，使该城市的低洼地区出现了大面积砂层液化，地面多处喷砂冒水，继而在大面积液化地区上的汽车和建筑逐渐下沉。而一些诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。,新瀉地震后，土的动强度和液化问题更加引起国内外地震工作者的关注。,在近代地震史上，1964年6月日本新瀉地震使很多建筑的地基失,19,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。,根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震,20,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。,地震时，由于场地土作强烈振动，孔隙水压力,21,2.4.1.2,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。,2.4.1.2 影响液化的因素(1)土的组成,22,(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。,(2)砂土的密实程度,23,(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。,(4)地震烈度的大小和地震持续时间,24,2.4.1.3,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,2.4.1.3 场地土液化对建筑物产生的震害（1）地面开裂,25,第2章场地与地基课件,26,2.4.2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；,2.4.2场地土液化的判别方法 地基土液化判别过程可分,27,(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、13、16时；,(3）,(2) 粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率,28,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。,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,29,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,7,8,9,砂土,7,8,9,6,7,8,粉土,6,7,8,5,6,7,表2-5a 土层不考虑液化时覆盖层厚度和地下水位界限值,30, 式（27）的含义,式中,d,b,-2,，则是考虑基础埋置深度,d,b,2m,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,d,uj,是在基础埋置深度,d,b,2m,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,d,b,2m,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（27）的含义式中db-2，则是考虑基础埋置深度d,31,第2章场地与地基课件,32, 式（26）的含义,比较表（2-5）和（2-5a）可知，d,0,-1 。式中 d,b,-2 为基础埋置深度d,b,2m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（26）的含义比较表（2-5）和（2-5a）可知，,33, 式（2-8）的概念,（2-8）式改写成下式：,式中，1.5d,0,-0.5 就是,按图中线段AB上任一,点C的纵、横坐标之和。, 式（2-8）的概念（2-8）式改写成下式：式中，1.5,34,2.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N,63.5,(未经杆长修正)小于下式确定的临界值N,cr,时，应判为液化土，否则为非液化土。,2.准贯入试验判别 当上述所有条件均不能满足时，地基,35,上式可以改写成下面形式：,砂土,上式可以改写成下面形式： 砂土,36,式（2-9）中的N,0,是在发生液化平均深度（饱和土标准贯入点深度）d,s,=3m和地下水位d,w,=2m条件下测定的。因此，式0.1(d,s,-3)和0.1(d,w,-2)分别为d,s,3m和d,w,2m的修正项，其中0.1为修正系数。, 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。,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,37,（2）在地面下15-20m深度范围的N,cr,公式,砂土,粉土,（15md,s,20m）,（2）在地面下15-20m深度范围的Ncr公式砂土粉土（,38,实际上，上式是由式（2-9）取d,s,=15m时得到的。这是考虑到d,s,15m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d,s,15m时，取d,s,=15m仍按式（2-9）计算，则这种处理方法既简单又较接近实际。,实际上，上式是由式（2-9）取ds=15m时得到的。这,39,2.4.3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液化地基的评价 2.4.3.1评价的意义,40,2.4.3.2,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。,2.4.3.2液化指数,41,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,注意式中符号的意义。2.4.3.3 地基液化的等级,42,第2章场地与地基课件,43,