《工程抗震》课件4-液化与基础抗震设计

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,*,第4讲 液化与基础抗震设计,*,第,4,讲,液化与基础抗震设计,地基基础抗震,天然地基的震害特点,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，造成上部结构的倾斜或破坏；,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，易产生沉陷，使结构开裂；,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。,9/11/2024,2,第4讲 液化与基础抗震设计,地基基础抗震,一般要求,同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上,;,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；,地基有软弱粘性土、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；,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。,9/11/2024,3,第4讲 液化与基础抗震设计,地基基础抗震,抗震验算范围,砌体房屋；,下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：,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),一般的单层厂房和单层空旷房屋；,(2),不超过,8,层且高度在,25m,以下的一般民用框架房屋；,(3),基础荷载与,(2),项相当的多层框架厂房。,规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。,9/11/2024,4,第4讲 液化与基础抗震设计,地基基础抗震,天然地基基础,抗震验算,采用,“,拟静力法,”,进行验算。,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,p,-,基础底面平均压力（,kPa,),p,max,基,础底面边缘最大压力,(,kPa,),f,aE,-,地基土抗震允许承载力,高宽比大于,4,的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的,15%,。,9/11/2024,5,第4讲 液化与基础抗震设计,地基基础抗震,地基土抗震承载力,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：,地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；,多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。,9/11/2024,6,第4讲 液化与基础抗震设计,地基基础抗震,地基土抗震承载力,式中,f,aE,-,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,f,a,-,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,GB50007,采用,1.0,淤泥，淤泥质土，松散的砂，杂填土，,新近堆积黄土及流塑黄土,稍密的细、粉砂， 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、粗、中砂，密实和中密的细、粉砂，,的粘性土和粉土，坚硬黄土,1.5,岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土,岩土名称和性状,地基土抗震承载力调整系数,1.1,9/11/2024,7,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,液化现象,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，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。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为,液化,。,液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。,9/11/2024,8,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,液化现象,唐山地震时，严,重液化地区喷水高度,可达,8,米，厂房沉降,可达,1,米。,天津地震时，海,河故道及新近沉积土,地区有近,3000,个喷水,冒砂口成群出现，一,般冒砂量,0.1-1,立方,米，最多可达,5,立方,米。有时地面运动停,止后，喷水现象可持,续,30,分钟。,液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。,9/11/2024,9,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,液化危害,液化使建筑物产生下列震害：,地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；,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；,室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。,影响场地土液化的主要因素：,土层的地质年代；,土层的土粒的组成和密实程度；,砂土层埋置深度和地下水位深度；,地震烈度和地震持续时间。,9/11/2024,10,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,液化判别,液化判别和处理的一般原则：,对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）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,敏感的乙类建筑可按,7,度的要求进行判别和处理。,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。,9/11/2024,11,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,判别方法,对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按以下步骤进行：,初判,以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件。,（,1,）地质年代为第四纪晚更新世（,Q3,）,及以前时，,7,、,8,度可判为不液化；,（,2,）当粉土的粘粒（粒径小于,0.005mm,的颗粒,),含量百分率在,7,、,8,和,9,度时分别大于,10,、,13,和,16,可判为不液化；,9/11/2024,12,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,判别方法,（,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。,-,上覆非液化土层厚度（,m),，,计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；,-,基础埋置深度,(m),不超过,2m,时采用,2m,；,-,地下水位深度（,m),，,宜按建筑使用期内,年平均最高水位采用，也可按近期内年,最高水位采用；,-,液化土特征深度（,m),，按右表采用。,9m,8m,7m,砂土,8m,7m,6m,粉土,9,8,7,烈度,饱和土,类别,9/11/2024,13,第4讲 液化与基础抗震设计,-,上覆非液化土层厚度（,m),；,-,基础埋置深度,(m),；,-,地下水位深度（,m),；,-,液化土特征深度,(m).,上面判别式（,d,b,=2),亦可用下图表示：,d,b,2,时，在,d,u,、,d,w,中,减去（,d,b,-2,),后再查图确定。,砂土,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,d,w,(m,),不考虑液化影响区,须进一步判别区,d,u,(m,),7,度,8,度,9,度,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,d,w,(m,),不考虑液化影响区,须进一步判别区,粉土,d,u,(m,),7,度,9,度,8,度,9/11/2024,14,第4讲 液化与基础抗震设计,查液化土特征深度表,例,1,图示为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度,d,u,=5.5m,，其下为砂土，地下水位深度为,d,w,=6m.,基础埋深,d,b,=2m,该场地为,8,度区。确定是否考 虑液化影响。,解：,按判别式确定,9m,8m,7m,砂土,8m,7m,6m,粉土,9,8,7,烈度,饱和土,类别,结论：需要考虑液化影响。,d,w,=6m,d,u,=5.5m,d,b,=2m,9/11/2024,15,第4讲 液化与基础抗震设计,例,1,图示为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度,d,u,=5.5m,，其下为砂土，地下水位深度为,d,w,=6m.,基础埋深,d,b,=2m,该场地为,8,度区。确定是否考 虑液化影响。,d,w,=6m,d,u,=5.5m,d,b,=2m,解：按土层液化判别图确定,结论：需要考虑液化影响。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,d,w,(m,),不考虑液化影响区,须进一步判别区,砂土,7,度,8,度,9,度,d,u,=5.5m,d,w,=6m,9/11/2024,16,第4讲 液化与基础抗震设计,查液化土特征深度表,解：按判别式确定,9m,8m,7m,砂土,8m,7m,6m,粉土,9,8,7,烈度,饱和土,类别,结论：不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。,例,2,图示为某场地地基剖面图,上覆非液化土层厚度,d,u,=5.5m,其下为沙土，地下水位深度,为,d,w,=6m.,基础埋深,d,b,=2.5m,该场地为,8,度区。确定是否考,虑液化影响。,d,w,=6m,d,u,=5.5m,d,b,=2.5m,9/11/2024,17,第4讲 液化与基础抗震设计,例,2,图示为某场地地基剖面图,上覆非液化土层厚度,d,u,=5.5m,其下为沙土，地下水位深度,为,d,w,=6m.,基础埋深,d,b,=2.5m,该场地为,8,度区。确定是否考,虑液化影响。,d,w,=6m,d,u,=5.5m,d,b,=2.5m,解：按土层液化判别图确定,结论：需要进一步判别是否考虑液化影响。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,d,w,(m,),不考虑液化影响区,须进一步判别区,砂土,7,度,8,度,9,度,9/11/2024,18,第4讲 液化与基础抗震设计,场地土液化,判别方法,细判,采用标准贯入试验判别,钻孔至试验土层上,15cm,处,用,63.5,公斤穿心锤，落距为,76cm,，,打击土层，打入,30cm,所用的锤击数记作,N,63.5,，,称为标贯击数。,用,N,63.5,与规范规定的临界值,N,cr,比较来确定是否会液化,。,1-,穿心锤；,2-,锤垫；,3-,触探杆；,4-,贯入器头,5-,出水孔；,6-,贯入器身；,7-,贯入器靴,9/11/2024,19,第4讲 液化与基础抗震设计,规范规定,当饱和可液化土的标贯击数,N,63.5,的值小于,N,cr,值时，判为液化，否则判为不液化。,-,地下水位深度（,m),-,饱和土标准贯入试验点深度（,m),-,液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。,-,粘粒含量百分率，当小于,3,或是砂土时，均应取,3,。,括号内数值用于设计基本地震加速度为,0.15,和,0.3g,的地区,12(15),-,8,（,10),第二、三组,16,10(13),6,（,8,）,第一组,9,8,7,设计地震分组,烈度,9/11/2024,20,第4讲 液化与基础抗震设计,液化场地危害程度,采用土层柱状液化等级判定。,-,判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；,-,分别为,i,点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大,于临界值时取临界值的取值；,-,第,i,点,所代表的土层厚度（,m),；,-,第,i,层考虑单位土层厚度的层位影响权系数 。若判别深度为,15m,，,当该层中点深度不大于,5m,时采用,10,，等于,15m,时应取零值,5,15m,时应按线性内插值法取值,;,若判别深度为,20m,，,当该层中点深度不大于,5m,时采用,10,，等于,20m,时应取零值，,5,20m,时应按线性内插值法取值。,液化指数,9/11/2024,21,第4讲 液化与基础抗震设计,液化场地危害程度,由液化指数，按下表确定液化等级,判别深度,20m,时的液化指标,判别深度,15m,时的液化指标,严重,中等,轻微,液化等级,液化等级与相应的震害,液化等级,地面喷水冒砂情况,对建筑物的危害情况,轻微,地面无喷水冒砂，或仅在洼地、诃边有零星的喷水冒砂点,危害性小，一般不致引起明显的震害,中等,喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等,危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达,200mm,严重,一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显,危害性大，不均匀沉陷可能大于,200mm,，,高重心结构可能产生不允许的倾斜,9/11/2024,22,第4讲 液化与基础抗震设计,抗液化措施,当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施,地基和上部结构处理，或其它经济的措施,可不采取措施,可不采取措施,丁类,全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理,基础和上部结构处理，或更高要求的措施,基础和上部结构处理，亦可不采取措施,丙类,全部消除液化沉陷,全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理,部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理,乙类,严重,中等,轻微,地基的液化等级,建筑,类别,9/11/2024,23,第4讲 液化与基础抗震设计,采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于,0.5m,，,对其他非岩石尚不应小于,1.5m,；,采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于,0.5m,；,采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值,m,；,挖除全部液化土层；,采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的,1/2,且不小于基础宽度的,1/5,。,全部消除地基液化,沉陷的措施应符合：,9/11/2024,24,第4讲 液化与基础抗震设计,部分消除地基液化,沉陷的措施应符合：,(1),处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为,15m,时，其值不宜大于,4,，当判别深度为,20m,时，其值不宜大于,5,；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。,(2),处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于相应的临界值。,(3),基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。,9/11/2024,25,第4讲 液化与基础抗震设计,(1),选择合适的,基础埋置深度,；,(5),管道,穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。,减轻液化影响,的基础和上部结构处理，可综合考虑采用,下列措施：,(2),调整基础底面积，,减少基础偏心,；,(3),加强基础的,整体性和刚性,，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；,(4),减轻荷载,，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；,9/11/2024,26,第4讲 液化与基础抗震设计,思考题,地基液化是如何形成的,?,怎样判别？,9/11/2024,27,第4讲 液化与基础抗震设计,第,4,讲结束！,学习是一件快乐的事情，且听下回分解！,