模块6特殊土地基PS补充版

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,土木1201,模块6,特殊土地基,地震区基础工程,土木1201,地震带分布,地震比较频繁而猛烈的地区称为“地震区”。地震区分布与现代地壳褶皱带分布基本一致。,7580%,1520%,地震相关研究人员,地震预测预报,工程抗震,地震逃生和救灾,国内抗震研究专家,水工 陈厚群院士,桥梁 范立础院士,结构 周锡元院士,土工 汪闻韶院士,地震前汶川县城,地震后汶川县城,如何做好工程抗震呢,当地可能会发生的,地震及其破坏力,类似结构常发生的,震害及薄弱环节,基于工程性能表现的抗震设计,本节主要内容：,地震的震级与烈度,地基基础震害与经验,基础工程抗震设计方法,震级：,是用来衡量地震能量大小的量度。,地震震级,一、地震的震级与烈度,里氏震级（C.F. Richter，1935）,地震烈度：,指某地区地表面和建筑物受地震影响和破坏的程度。,影响因素：,震级、震源深度、震中距、地质构造、地形、岩土介质性质,划分依据：,地表最大加速度、地震系数、人的感觉、家具动态、建筑物损坏程度、地貌变化,烈度划分：,I(中美俄等)；0(日),地震烈度,基本烈度：,100年内可能出现的地区最大烈度,设防烈度：,国家规定的作为地区抗震设防的烈度,设计烈度：,指抗震设计中实际采用的烈度。它是根据建筑物的重要性、永久性、抗震性及经济性等的需要对设防烈度的调整。,常用烈度指标,设防烈度,峰值加速度,0.05g,0.10g,0.15g,0.20g,0.30g,0.40g,注：g为重力加速度,中国地震峰值加速度区划图,二、地基与基础震害,震害,现象,地基失效引起震害,基础自身震害,地基失效引起震害,地基土液化,地基与基础震沉,边坡的滑坍,地裂与扭曲变形,新瀉地震,地基失效引起震害,地基土液化,地基与基础震沉,边坡的滑坍,地裂与扭曲变形,集集地震引起房屋倒塌(台中石岗),地基失效引起震害,地基土液化,地基与基础震沉,边坡的滑坍,地裂与扭曲变形,汶川地震青川滑坡，约700人被埋,地基失效引起震害,地基土液化,地基与基础震沉,边坡的滑坍,地裂与扭曲变形,神户地震,唐山地震引起的地基的扭曲变形,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,1976年唐山地震,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,1995年台湾宜兰地震,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,浅基础震害,强度不足,抗滑稳定性不足,抗倾覆稳定性不足,2000年日本鸟取县地震,桩基础震害,桩基础的抗震效果较好，在多次地震中都得到了验证！,阪神地震时，明石海峡大桥跨度从1990m增加至近l991m,桩基础震害,e,F,M,M,三、基础工程抗震设计,设防目标：,小震不坏,(性能要求),，中震可修,(),，,大震不倒,(),多遇地震 low-level earthquake,地震重现期为50年的地震动。,(63.5%),设计地震design earthquake,地震重现期为475年的地震动。,(10%),罕遇地震high-level earthquake,地震重现期为2475年的地震动。,(2%),（一）选择对抗震有利的场地和地基,土的类型,岩土名称和性状,剪切波速,坚硬土或岩石,稳定岩石，紧密的碎石土,Vs500,中硬土,中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；,0,200kPa的粘土和粉土；坚硬黄土,500Vs250,中软土,松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂；,0,200kPa的粘土和粉土， ,0,130填土；,可塑黄土。,250Vs140,软弱土,淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘土和粉土；,0, 130kPa的填土；流塑黄土。,140Vs,公路工程抗震设计规范 JTJ004-89,土的类型,岩土名称和性状,剪切波速,坚硬土或岩石,稳定岩石，紧密的碎石土,Vs500,中硬土,中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；,0,250kPa的粘土和粉土；老黄土(Q,1,、Q,2,),500Vs250,中软土,松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂；,0,250kPa的粘土和粉土， ,0,140填土；,黄土(Q,3,、Q,4,) 。,250Vs150,软弱土,淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘土和粉土；,0, 140kPa的填土；流塑黄土。,150Vs,铁路工程抗震设计规范 GB50111-2006,（一）选择对抗震有利的场地和地基,对于多层土，当建筑物位于类土时，即属于类场地土；位于、类土上时，则按建筑物所在地表以下20m范围内的土层综合评定。,场地选取的原则：,类场地、开阔平坦且均匀的类场地对抗震有利，应尽量利用；,类场地以及不均匀地基等震害较严重地段应注意避开。,（二）地基基础抗震强度及稳定性验算,1、铁路工程构筑物抗震设防目标及分析方法,地震,多遇地震,设计地震,罕遇地震,构筑物,桥梁,路基、挡墙、隧道、桥台、桥梁上、下部结构连接构造,采用钢筋混凝土桥墩的桥梁,设防目标,分析方法,一般：反应谱法,重要：反应谱法及时程分析法,静力法,钢筋混凝土桥墩采用延性设计的简化方法;,重要桥梁及新结构桥一梁:采用非线性时程分析法,2、计算,（1）确定工程设防烈度,参考标准：中国地震动参数区划图GB18306-2001,（2）确定抗震设计参数,根据可能遭受的地震影响程度，确定抗震设防烈度的地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期,中国地震峰值加速度区划图,1976.8.16和8.23，松潘、平武之间相继发生两次7.2级地震,叠溪,1933.8.25，叠溪发生7.5级地震,中国地震反应谱特征周期区划图,（3）静力法,1920年，日本大森房吉提出。,假设建筑物为绝对刚体。,地震作用：,将F作为静荷载，按静力计算方法计算结构的地震效应,地震系数：,（4）反应谱理论-振型分解反应谱法,1940年美国皮奥特教授提出,地震作用,G-重力荷载代表值,k-地震系数（反映震级、震中距、地基等的影响）,b,-动力系数(反映结构的特性,如周期、阻尼等的影响),0T0.1 T,g,区段，,b,为向上倾斜的直线,0.1TT,g,区段，,b,为水平线,T,g,T5T,g,区段，,b,为下降的曲线,5T,g,T6s,区段，,b,为下降直线,典型的谱曲线,铁工抗震设计规范GB50111-2006,当结构自振周期T2s，且阻尼比,x,=0. 05时，动力放大系数,b,取值,公路抗震规范JTJ044-89,（5）抗震验算,竖向力：V=V,普,+V,震,水平力：H=H,普,+H,震,弯 矩：M=M,普,+M,震,M,H,V,1桥墩基础地震荷载的计算（用反应谱理论计算）,反应谱理论是以大量的强震水平加速度纪录为基础，经过动力计算和数理统计分析，按照建筑物作为单质点振动体系，在一定的阻尼比条件下，其自振周期与它发生的平均最大水平加速度反应的函数的关系，用曲线表示的图谱加速度反应谱，以此作为建筑物地震反应计算荷载的依据。,2桥台、挡墙基础地震荷载的计算（用静力理论计算）,静力理论出发点是认为建筑物为刚性，地震时不变形，各部分受到的地震水平加速度与地面相同，也不考虑不同场地土对地震反应的影响。,（1）桥台基础地震荷载的计算,（2）挡墙地震荷载的计算,对于高度较大的挡墙，公路抗震规采用了地震反应沿墙高增大分布系数,iw,，挡墙第,i,截面以上墙身重心处的水平地震荷载,Q,iEW,（kN）按下式计算：,3墩、台、挡墙基础抗震强度及稳定性验算,桥梁墩、台、挡墙基础按以上方法计算得到水平地震荷载后，即可根据一般静力学方法，按规定的荷载组合进行地基、基础的抗震强度和稳定性的验算。,三、基础工程的抗震措施,（一）对松软地基及可液化土地基,1改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能,2采用桩基础、沉井基础等,3减轻荷载、加大基础底面积,（二）对地震时不稳定（可能滑动）的河岸地段,在此类地段修筑大、中桥墩台时应适当增加桥长，注重桥跨布置等将基础置于稳定土层上并避开河岸的滑动影响。小桥可在两墩台基础间设置支撑梁或用片块石满床铺砌，以提高基础抗位移能力。挡墙也应将基础置于稳定地基上，并在计算中考虑失稳土体的侧压力,（三）基础本身的抗震措施,地震区基础一般均应在结构上采取抗震措施。圬工墩台、挡墙与基础的联结部位，由于截面发生突变，容易震坏，应根据情况采取预埋抗剪钢筋等措施提高其抗剪能力。桩柱与承台、盖梁联结处也易遭震害，在基本烈度8度以上地区宜将基桩与承台联结处做成21或31的喇叭渐变形，或在该处适当增加配筋；桩基础宜做成低桩承台，发挥承台侧面土的抗震能力；柱式墩台、排架式桩墩在与盖梁、承台（基础）联结处的配筋不应少于桩柱身的最大配筋；桩柱主筋应伸入盖梁并与梁主筋焊（搭）接；柱式墩台、排架式桩墩均应加密构件与基础联结处及构件本身的箍筋，以改善构件延性，提高其抗震能力，桩基础的箍筋加密区域应从地面或一般冲刷以上1倍桩径处往下延伸到桩身最大弯矩以下3倍桩径处。,对工程抗震研究影响较大的地震,1923年，日本关东大地震(M8.2),次生火灾,1933年，川东叠溪地震(M7.5),次生堰塞湖水灾,1960年，智利地震(M8.9),海啸,1964年，新泻地震(M7.5),砂土液化,1975年，海城地震(M7.5),准确震前预报,1978年，唐山地震(M7.8),结构跨塌,1985年，墨西哥地震(M7.8),软土远震放大效应,1995年，神户地震(M7.2),地下结构震害,小结,地震基本概念,地基与基础震害,基础工程抗震设计方法,