地基的抗震分析及动力基础.ppt

第四章地基的抗震分析及动力基础 抗震分析与动力基础 第一节概述 第二节地基的地震反应及动力参数 第三节地基抗震验算 第四节振动对地基影响及动力基础设计的步骤 第五节动力基础在地基中引起的波动及防振措施 我国地处世界上两个最活跃的地震带 东濒环太平洋地震带 西部和西南部是欧亚地震带所经过的地区 是世界上多震国家之一 1976年唐山地震为例 死亡人数达24 2万人 直接经济损失达百亿元 用于震后救灾和恢复重建的费用也将近百亿元 损失之严重是震惊世界的 抗震分析与动力基础 第一节概述 抗震分析与动力基础 1976年7月28日凌晨3时42分 中国唐山市突然发生里氏7 8级强烈地震 仅仅几秒钟后 唐山夷成废墟 地震罹难场面惨烈到极点 为世界罕见 在这次地震中死亡 24万2千7百69人 重伤 16万4千8百51人 地震的突然性和灾难性 使人谈震色变 抗震分析与动力基础 唐山地震 开滦煤矿医院 为砖混结构的五层楼房 局部七层 仅西部转角残存 抗震分析与动力基础 唐山地震 唐山市文化路青年宫 为砖混结构的二层楼房 7 8级地震除四根门柱外 全部坍塌 抗震分析与动力基础 1995年1月17日下午8点46分 里氏7 2级的强烈地震破坏了神户整个城市 日本最重要的港口之一 地震造成大约5 090人死亡 29 000多人受伤 100 000多个建筑物完全被摧毁 神户市约五分之一的人口 一百五十多万人无家可归 抗震分析与动力基础 2003年12月26日凌晨5点26分 地震摇动着伊朗的Kerman省的巴恩小镇 这次里氏6 5级的地震夺去了30 000多人的生命 震中位于北纬29 01度 东经58 26度 抗震分析与动力基础 台湾省中等学校教师研习所 1 入口处挡土墙崩落 路基位移 下陷 抗震分析与动力基础 2 一楼高柱产生软层破坏 柱两端产生塑性铰后 造成侧向位移之破坏 抗震分析与动力基础 3 左侧下陷 二 三楼梁 柱有不等变位之破坏现象 抗震分析与动力基础 4 一楼高柱之端部产生塑性铰 造成箍筋脱落 主筋挫曲 混凝土压碎 抗震分析与动力基础 地震进行时 抗震分析与动力基础 地震进行时 抗震分析与动力基础 大地震有前兆 地下水异常井水是个宝 前兆来得早 天雨水质浑 天早井水冒 水位变化大 翻花冒气泡 有的变颜色 有的变味道 动物异常震前动物有预兆 密切监视最重要 骡马牛羊不进圈 鸭不下水狗狂叫 老鼠搬家往外逃 鸽子 晾飞不回巢 鱼儿惊慌水面跳 冰天雪地蛇出洞 地光和地声地光和地声是地震前夕或地震时 从地下或地面发出的光亮及声音 是重要的临震预兆 临震前 一瞬间 地发声 又发光 见此情 宜果断 速行动 少危险 地震 特别是强烈地震之前 总会出现一些异常现象 人们把地震发生有密切联系的异常现象称之为地震前兆 我国地震灾害之所以严重的3个原因 1 地震活动区域的分布范围广 基本烈度在6度和6度以上地区的面积达570万km2 占全部国土面积的60 2 地震的震源浅 我国地震总数的2 3发生在大陆地区 这些地震绝大多数属于二三十公里深的浅源地震 因此地面振动的强度大 对建筑物的破坏比较严重 3 地震区中的大中城市数量多 我国三百多个大中城市中有一半位于基本烈度为7度或7度以上的地区 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 强制性条文1 0 2条规定 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑 必须进行抗震设计 抗震分析与动力基础 地震对建筑物损坏程度的影响因素 与地震的震级 所在地点的位置 建筑结构本身的强度和动力特征等有关外 建筑物的地基条件 地基条件对建筑物震害的影响表现在两个方面 一方面地基本身在地震作用下失稳 出现震陷 液化 地裂 地滑等现象 在这种情况下建筑物附之下沉 倒塌 倾斜或断裂 另一方面由于地基条件不同 引起的地面运动性质 周期 加速度 振幅等 不同 从而对建筑物造成的地震作用不同 建筑物可能产生的损坏程度也就不一样 抗震分析与动力基础 一 地震和地震反应二 地震反应的动力参数 抗震分析与动力基础 第二节地基的地震反应及动力参数 一 地震的成因及地震带的分布 二 地震波及其特性 三 地震的震级和烈度 四 地震的震害现象 五 影响震害程度的场地因素 六 场地土质和建筑物的地震反应 抗震分析与动力基础 一 地震和地震反应 一 地震的成因及地震带的分布 1 定义 地震是由内 外地质作用引起的地壳震动现象的总称 2 地震按成因分类 构造地震 火山地震 陷落地震和激发地震 3 全球有两大地震带 第一是太平洋地震带 位于太平洋沿岸 绝大多数地震发生在这一环形区域内 释放的能量占地震总能量的75 80 第二是地中海 喜马拉雅地震带 从印尼经缅甸 中国西南部 帕米尔高原 一直延伸到地中海 能量约占15 20 抗震分析与动力基础 一 地震和地震反应 抗震分析与动力基础 板块运动 抗震分析与动力基础 环太平洋地震带 抗震分析与动力基础 1995年1月17日的神户地震震中位于北纬34 58度 东经135 02度 在三个板块的交叉点附近 即太平洋板块 欧亚板块 和菲律宾板块 抗震分析与动力基础 唐山地震区位于华北断块北部北北东向的翼鲁断块拗陷和东西的阴山燕山断 褶带的汇合部位 唐山地震发生在沧东断裂与昌平 丰南活动断裂的交汇处 北北东向的沧东断裂是一条长期活动的区域性大断裂 北西西向的昌平丰南活动断裂是一条隐伏构造 它是通过卫星影像反映出来的 唐山地震造成的地面破坏现象主要是地裂缝和喷水冒砂 地裂缝可以分为构造地裂缝和非构造地裂缝 构造地裂缝分布在极震区 呈雁列式 带宽约30米 长达8公里 总体走向北30o东 具右旋扭动性质 最大水平位移1 53米 在地壳内部 发生地震的部位称为震源 震源铅垂于地面的位置 称为震中 它是受地震的影响最强烈的地区 震中与震源的距离称为震源深度 一般为数公里至数百公里 从地面上某一点至震中的距离 称为震中距 二 地震波及其特征 抗震分析与动力基础 地震波 体波 面波 横波 纵波 乐夫波 瑞利波 限于地面附近传播 通过地球本身传播 由震源向外传播的压缩波 质点的振动方向与前进方向一致 由震源向外传播的剪切波 质点的振动方向与波的前进方向相垂直 面波只限于沿地球表面传播 远离震中区 则纵波影响很小 地面振动主要由横波及面波所引起 抗震分析与动力基础 1 震级2 地震烈度3 震级 烈度 灾度的区别4 建筑抗震设防分类和设防标准5 建筑抗震设防标准 抗震分析与动力基础 三 地震的震级和烈度 地震的强度可用地震时释放出来的能量大小衡量 称为震级 用M表示 其数值是根据地震仪记录的地震波图来确定的 Richter震级 震级M与释放能量E 尔格 的关系 小于2级地震 人们感觉不到 称做微震 5级以上就要引起不同程度的破坏 统称为破坏性地震 7级以上的地震 则称为强烈地震 抗震分析与动力基础 1 震级 地震烈度是指某一地区地面和各种建筑物遭受一次地震影响的强弱程度 烈度和震级是两个不同的概念 一次地震只有一个震级 而烈度则随震中距的远近而不同 一般说来 距震中越远 地震影响越小 烈度就越低 反之烈度越高 基本烈度是指该地区在今后一定时期内在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度 所谓 一定时期 以100年为期限 即一般工业与民用建筑物的使用期限 设防烈度是指按国家规定的权限审批的文件 图件 确定的 可作为一个地区抗震设防依据的烈度 抗震分析与动力基础 2 地震烈度 抗震分析与动力基础 震级 震级是按一定的微观标准 表示地震能量大小的一种量度 它是根据地震仪器的记录推算得到的 只与地震能量有关 烈度 烈度是指地震在地面产生的实际影响 即地面运动的强度或地面破坏的程度 烈度不仅与地震本身的大小 震级 有关 也与震源深度 离震中的距离及地震波所通过的介质条件等多种因素有关 在一定的地区范围内 在震源深度等条件相近的情况下 震级与烈度之间可以建立起一定的联系 灾度 灾度是用来评估自然灾害本身造成的社会损失的度量标准 根据我国国情 有人建议我国的灾度应取经济损失和人口的直接死亡数及折算的经济损失数为其评估的依据 3 震级 烈度 灾度的区别 建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类 乙类 丙类 丁类四个抗震设防类别 甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑 乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑 丙类建筑应属于除甲 乙 丁类以外的一般建筑 丁类建筑应属于抗震次要建筑 4 建筑抗震设防分类和设防标准 抗震分析与动力基础 5 建筑抗震设防标准 建筑抗震设防类别的划分 应符合国家标准 建筑抗震设防分类标准 GB50223的规定 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准 应符合下列要求 甲类建筑 地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求 其值应按批准的地震安全性评价结果确定 抗震措施 当抗震设防烈度为6 8度时 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 乙类建筑 地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施 一般情况下 当抗震设防烈度为6 8度时 应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求 当为9度时 应符合比9度抗震设防更高的要求 地基基础的抗震措施 应符合有关规定 对较小的乙类建筑 当其结构改用抗震性能较好的结构类型时 应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施 丙类建筑 地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 丁类建筑 一般情况下 地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求 抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低 但抗震设防烈度为6度时不应降低 抗震分析与动力基础 1 饱和砂土和粉土的振动液化2 地震滑坡和地裂3 土的震陷 抗震分析与动力基础 四 地基的震害现象 地震后 地基的震害现象主要包括振动液化 滑坡 地裂及震陷等方面 液化定义在周期性的地震荷载作用下 孔隙水压力逐渐累积 甚至可以完全抵消有效应力 使土粒处于悬浮状态 而接近液体的特性 这种现象称为液化现象 砂土液化的宏观标志在地表裂缝中喷水冒砂 地面沉陷 建筑物产生巨大沉降和严重倾斜 甚至失稳 抗震分析与动力基础 1 饱和砂土和粉土的振动液 饱和松砂的振动液化 液化现象 饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态 饱和松砂的振动液化 液化机理 振前松砂的结构 振中颗粒悬浮 有效应力为零 振后砂土变密实 饱和松砂的振动液化 液化机理 喷砂遗井 日本阪神地震引起的路面塌陷 地基液化引起的储油罐倾斜 日本神户 阪神地震中新干线的倾覆 日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面 地震导致滑坡的原因一方面在于地震时边坡滑楔承受了附加惯性力 下滑力加大 另一方面 土体受震趋于密实 孔隙水压力增高 有效应力降低 从而减少阻止滑动的内摩擦力 地质调查表明 凡发生过地震滑坡的地区 地层中几乎都有夹砂层 黄土中夹有砂层或砂透镜体时 由于砂层振动液化及水份重新分布 抗剪强度将显著降低而引起滑坡 在均质粘土层内 尚未有过关于地震滑坡的实例 地裂地震后 地表往往出现大量裂缝 称为 地裂 地裂可使铁轨移位 管道扭曲 房屋基础断裂或错动 建筑物开裂或倒塌 抗震分析与动力基础 2 地震滑坡和地裂 抗震分析与动力基础 抗震分析与动力基础 抗震分析与动力基础 唐山地震造成的地面破坏现象主要是地裂缝和喷水冒砂 地裂缝可以分为构造地裂缝和非构造地裂缝 构造地裂缝分布在极震区 呈雁列式 带宽约30米 长达8公里 总体走向北30o东 具右旋扭动性质 最大水平位移1 53米 非构造地裂缝的产生是由于地震力的作用 并受地形 地貌及土质条件的控制 它主要分布在河岸 道路 古河道地带 规模一般较小 喷水冒砂现象非常普遍 主要分布在滦河 沙河 蓟运河 海河等两岸古河道分布地带及滨海冲积平原 震陷 地震时 地面的巨大沉陷称为 震陷 或 震沉 此现象往往发生在砂性土或淤泥质土中 1960年智利地震后 有一个岛因震陷而局部沉没 天津大地震后也广泛出现地面变形现象 导致建筑物产生差异沉降而倾斜 震陷原因 松砂经震动后趋于密实而沉陷 饱和砂土经振动液化后涌向四周洞穴中或从地表裂缝中逸出而引起地面变形 淤泥质粘土经震动后 结构受到扰动而强度显著降低 产生附加沉降 振动三轴试验表明 振动加速度愈大 则震陷量也愈大 抗震分析与动力基础 3 土的震陷 抗震分析与动力基础 1995年神户地震对日本西部大阪海湾北部边缘的神户和HanShin地区造成了毁灭性破坏 在海滨填筑大陆区和人工岛 受地震影响 产生很大的地面沉降 在人工填筑的神户岛的外部边缘 很多码头海岸发生倾斜 下沉或滑落海中 陆上最大地面沉降量为470cm 是由于填筑材料向外流动而引起的 在该岛的中心地区 由于差异沉降和桩基构筑物的相对上移错位 使地下生活管线受到严重的毁坏 地面下沉和泥浆喷出导致了洪灾 这些是由于大规模的液化作用伴随产生的强烈地面运动所造成的 液化沉降是地震的附属产物 然而一旦发生 由于其瞬时性与所引起灾害的严重性 对低洼地区与人工填筑地区问题是严重的 1 同一震区震害的不同及影响因素2 抗震地段的划分3 场地土类型的划分4 建筑场地类别的划分 抗震分析与动力基础 五 影响震害程度的场地因素 在地震区常出现在同一小区 如一个自然村 内的房屋结构类型和建筑质量基本相同 而建筑物受到的地震灾害却有很大差别的现象 即 重灾区里有轻灾 轻灾区里有重灾 的烈度异常区 宏观地震烈度可能相关1 2度 分析其原因主要在于场地条件不同 因此 建筑场地的选择至关重要 建筑场地的地质条件 岩性及产状等 水文地质条件 地下水埋藏深度等 及地形 起伏变化和陡峭程度等 对地震灾害的程度均有显著的影响 抗震分析与动力基础 1 同一地区震害的不同及影响因素 选择建筑场地时 应按下表划分对建筑抗震有利 不利和危险的地段 2 抗震地段划分 抗震分析与动力基础 表有利 不利和危险地段的划分 场地土类型是地表层土刚度 软硬程度 的表征 它是根据土层剪切波速划分的 3 场地土类型 注 fak为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值 kPa s为岩土剪切波速 抗震分析与动力基础 表土的类型划分和剪切波速范围 抗震分析与动力基础 建筑的场地类别 应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按下表划分为四类 当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于下表所列场地类别的分界线附近时 应允许按插值方法确定地震作用计算所用的设计特征周期 5 15 表4 1 6各类建筑场地的覆盖层厚度 m 4 建筑场地类别 六 场地土质与建筑物的地震反应 卓越周期 若某一周期的地震波与地表土层的固有周期相近时 由于共振作用该震波的振幅将显著增大 其周期称为 卓越周期 若建筑物的基本自振周期与场地土层的卓越周期相近时 也将由于共振作用而增大振幅 虽然由于阻尼的影响 振幅不致无限制地增长 但也将达到很大的数值 可能导致建筑物的破坏 抗震分析与动力基础 实地调查表明 建在卓越周期较短的薄而硬的土层上 刚度较大的五 六层房屋 基本自振周期较短 一般为0 4 0 5s 将因地震而激起很大的振幅 而二 三十层的高楼 基本自振周期一般为1 5 2 5s 只受到少许影响 相反地 建在厚而软的土层上的高屋建筑物可能遭到地振的严重破坏 而刚度较大的低层相邻建筑物几乎没有受到任何影响 抗震分析与动力基础 2 地震影响系数曲线 抗震分析与动力基础 当结构物的基本周期大于特征周期Tg时 与T的关系按 Tg T 0 9 max的规律变化 这样 有了某场地的 max Tg和 T变化规律就可以按图绘出该场地的地震影响系数曲线 场地的地震影响系数曲线确定后 根据结构物的基本周期T 就可以从曲线上查到相应的地震影响系数 从而根据公式计算作用于结构物的地震力 抗震分析与动力基础 第三节地基抗震验算 按现行规范进行抗震设计的建筑 其抗震设防目标是 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时 一般不受损坏或不需修理可继续使用 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时 可能损坏 经一般修理或不需修理仍可继续使用 当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 抗震分析与动力基础 一 地基基础抗震设计原则 二 天然地基的抗震承载力验算 抗震设计应贯彻以预防为主的方针 在建筑规划上应合理布局 防止次生灾害 如火灾 爆炸等 上部结构设计应遵循 简 匀 轻 牢 的原则以提高结构的抗震性能 抗震分析与动力基础 一 地基基础抗震设计原则 一 选择有利的建筑场地 二 加强基础的防震性能 三 加强基础和上部结构的整体性 抗震分析与动力基础 一 选择有利的建筑场地 参照地震烈度区划资料结合地质调查和勘测 查明场地土质条件 地质构造和地形特征 尽量选择有利地段 避开不利地段 而不得在危险地段进行建设 从建筑物的地震反应考虑 建筑物的自振周期应远离地层的卓越周期 以避免共振 加强基础的防震性能的目的主要是减轻上部结构的震害 措施如下 1 合理加大基础的埋置深度 即增加基础侧面土体对振动的抑制作用 从而减少建筑物的振幅 2 正确选择基础类型 抗震分析与动力基础 二 加强基础的防震性能 1 一般砖混结构的防潮层采用防水砂浆代替油毡 2 内外墙下室内地坪标高处加一道连续闭合地梁 3 上部结构采用组合柱时 柱的下端应与地梁牢固连接 4 当地基土质较差时 还宜在基底配置构造钢筋 至于地下结构物的抗震设计 原则上与上部结构相同 跨度较大时 应适当增加内隔墙以提高刚度 抗震分析与动力基础 三 加强基础和上部结构的整体性 抗震分析与动力基础 二 天然地基的抗震承载力验算 1 可不进行天然地基及基础抗震承载力验算的建筑物2 地基抗震承载力验算3 偏心荷载抗震承载力验算 抗震分析与动力基础 砌体房屋 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑 一般的单层厂房和单层空旷房屋 不超过8层且高度在25m以下 一般的民用框架房屋 基础荷载与 项相当的多层框架厂房 本规范规定可不进行上部结构抗震验算建筑 注 软弱粘性土层指7度 8度和9度时 地基承载力特征值分别小于80 100和120kPa的土层 1 下列建筑物可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算 抗震分析与动力基础 式中 faE 调整后的地基抗震承载力 a 地基抗震承载力调整系数 应按下表采用 fa 深宽修正后的地基承载力特征值 应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007采用 表4 2 3地基土抗震承载力调整系数 2 地基抗震承载力应按的计算 验算天然地基地震作用下的竖向承载力时 按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式要求 p faEpmax 1 2faE式中p 地震作用效应标准组合的基础底面平均压力 pmax 地震作用效应标准组合的基础边缘的最大压力 抗震分析与动力基础 3 存在偏心荷载时应满足条件 三 地基的液化可能性判别和液化等级划分 抗震分析与动力基础 1 地基土的液化和液化土2 液化可能性的判别方法3 地基液化等级划分4 可液化地基的处理措施 抗震分析与动力基础 1 地基土的液化和液化土 地基土的液化地基土的液化是由于震动过程中 土体有收缩的趋势 在不排水条件下 表现为孔隙水压力升高 累积 及当孔隙水压力等于上覆压力时 土的强度丧失 土体发生流动的现象 液化土饱和砂土和饱和粉土 不含黄土 的液化判别和地基处理 6度时 一般情况下可不进行判别和处理 但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理 7 9度时 乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理 存在饱和砂土和饱和粉土 不含黄土 的地基 除6度设防外 应进行液化判别 存在液化土层的地基 应根据建的抗震设防类别 地基的液化等级 结合具体情况采取相应的措施 抗震分析与动力基础 注 用于液化判别的粘粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定 采用其他方法时应按有关规定换算 2 液化可能性的判别方法 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不考虑液化影响 地质年代为第四纪晚更新世 Q3 及其以前时 7 8度时可判为不液化 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 抗震分析与动力基础 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 式中 dw 地下水位深度 m 宜按设计基准期内年平均最高水位采用 也可按近期内最高水位采用 du 上粒盖非液化土层厚度 m 计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除 db 基础埋置深度 m 不超过2m时应采用2m d0 液化土特征深度 m 可按表4 3 3采用 表4 3 3液化土特征深度 m 抗震分析与动力基础 当初步判别认为需进一步进行液化判别时 应采用标准贯入试验判别法判别地面下15m深度范围内的液化 当采用桩基或埋深大于5m的深基础时 尚应判别15 20m范围内土的液化 当饱和土标准贯入锤击数 未经杆长修正 小于液化判别标准贯入锤击数临界值时 应判为液化土 当有成熟经验时 尚可采用其他判别方法 标准贯入试验判别 抗震分析与动力基础 在地面下15 20m深度范围内 液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算 式中 Ncr 液化判别标准贯入锤击数临界值 N0 液化判别标准贯入锤击数基准值 应按表4 3 4采用 ds 饱和土标准贯入点深度 m c 粘粒含量百分率 当小于3或为砂土时 应采用3 表4 3 4标准贯入捶击数基准值 注 括号内数值用于设计基本地震加速度为0 15g和0 30g的地区 抗震分析与动力基础 液化指数对存在液化土层的地基 应探明各液化土层的深度和厚度 按下式计算每个钻孔的液化指数 并按表4 3 5综合划分地基的液化等级 式中 式中IlE 液化指数 n 在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数 Ni Ncri 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应取临界值的数值 di i点所代表的土层厚度 m 可采用与该标准贯入试验点相邻的上 下两标准贯入试验点深度差的一半 但上界不高于地下水位深度 下界不深于液化深度 Wi i土层单位土层厚度的层位影响权函数值 单位为m 1 若判别深度为15m 当该层中点深度不大于5m时应采用10 等于15m时应采用零值 5 15m时应按线性内插法取值 若判别深度为20m 当该层中点深度不大于5m时应采用10 等于20m时应采用零值 5 20m时应按线性内插法取值 3 地基液化等级划分 抗震分析与动力基础 液化等级 表4 3 5液化等级 地基按液化指数IlE的大小 将地基液化的危害程度分为三个等级 表4 3 6抗液化措施 4 可液化地基处理措施 当液化土层较平坦且均匀时 宜按表4 3 6选用地基抗液化措施 尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响 根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施 不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层 抗震分析与动力基础 全部消除地基液化沉陷的措施有 采用底端伸入液化深度以下稳定土层的桩基或深基础 以振冲 振动加密 砂桩挤密 强夯等加密法加固 处理至液化深度下界 挖除全部液化土层 部分消除地基液化沉陷的措施应使处理后的地基液化等级为 轻微 对单独基础与条形基础 尚不应小于基础底面下5m和基础宽度的较大值 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大于相应的临界值 抗震分析与动力基础 一 概述二 振动对地基的影响三 动力机器基础设计的一般步骤 抗震分析与动力基础 第四节振动对地基影响及动力基础设计的步骤 抗震分析与动力基础 一 概述 一 动荷载的分类 二 动力机器基础的型式 三 动力机器基础设计的基本要求 机器在运转过程中 必然产生动力荷载 按其动力作用的时间 形式不同 大致可以分为如下三类 1 旋转式机器的动荷载 一般的风机 透平机 电动机 发电机和调相机等 均属旋转式机器 此类机器在运转时产生简谐 正弦波 振动荷载 汽轮机组的特征一般是工作频率高 平衡性能好和振幅小 抗震分析与动力基础 一 动荷载的分类 2 往复式机器的动荷载 内燃机 蒸汽机 活塞式泵和压缩机等 以及其他有曲柄连杆的机器 都属往复式机器 它们的特点是平衡性差 振幅大 而且常由于转速低 一般不超过500 600r min 有可能引起附近建筑物或其中部分构件的共振 3 瞬态脉冲动荷载 冲周荷载 冲压机 锻锤 落锤等运转时 均产生瞬态的脉冲动荷载 其特点是冲击力大且无节奏 抗震分析与动力基础 动力机器基础的型式较多 一般可归纳为实体式 墙式和框架式三种 抗震分析与动力基础 二 动力机器基础的型式 1 动力机器的动荷载产生一系列不良影响 降低地基土的强度并增加基础的沉降量 影响工人健康和劳动生产率 影响机器的正常工作 使机器零件易于磨损 2 动力机器基础设计应满足下列基本要求 地基和基础不应产生影响机器正常使用的变形 基础本身应具有足够的强度 刚度和耐久性 基础不产生影响工人身体健康及妨碍机器正常运转和生产以及造成建筑的开裂和破坏的剧烈振动 基础的振动不应影响邻近建筑物 构筑物或仪器设备等的正常使用 抗震分析与动力基础 三 动力机器基础设计的基本要求 抗震分析与动力基础 二 振动对地基的影响 一 振动对土的抗剪强度的影响 二 振动作用下土的加密 三 振动作用下地基的承载力 振动作用下土的抗剪强度的降低幅度与振幅 频率及振动加速度有关 1 一般来说 振动越强烈 土的强度降低就越多 2 随着土所具有的粘聚力的增加 振动对土的物理力学性质变化的影响将减小 一般粘性土的抗剪强度在振动作用下所受到的影响较砂土的要小一些 抗震分析与动力基础 一 振动对土的抗剪强度的影响 根据砂土振动压密试验 可以得出如下结论 1 在法向压力作用下 砂土的振动压密只有当振动加速度达到某一定界限值 振动压密界限 时才开始 作用在土样的法向压力越大 砂土振动压密程度就越小2 在一定法向压力下 干砂和饱和砂的原始孔隙比的大小只影响振动压密界限的大小 3 当振动加速度很大时 干砂和饱和砂的振动压密度相近 无法向压力作用的干砂或饱和砂的振动压密程度比其它含水量时大 当含水量为6 10 时 振动压密程度最小 4 砂土的最小孔隙比越小或级配越不均匀 振动下可能压密的程度就越大 抗震分析与动力基础 二 振动作用下土的加密 由于地基土在动荷作用下抗剪强度有所降低 并出现附加沉降 因而地基承载力设计值应予以折减 即满足下列条件 抗震分析与动力基础 三 振动作用下地基的承载力 1 收集设计技术资料 2 确定地基动力参数 3 选择地基方案 4 确定基础类型及材料 5 确定基础的埋置深度及尺寸 6 校核地基承载力 7 进行动力计算 抗震分析与动力基础 三 动力机器基础设计的一般步骤 抗震分析与动力基础 一 振动基础在土中引起的波动的传播特征二 地面振动随距离的衰减规律三 减少动力机器基础振动影响的措施 第五节动力基础在地基中引起的波动及防振措施 1 在半空间内部 某点处于纵波及横波产生的位移振幅与该点和基础的距离R成反比而衰减 2 在半空间表面上某点处于纵波及横波产生的位移振幅与该点在基础的水平距离r的平方成反比而衰减 3 在半空间表面及表面附近某点处由于瑞利波产生的位移振幅与水平距离r的平方根成反比而衰减 4 当振动基础向外传播三种波时 波扩散后所占介质的范围逐渐增大 抗震分析与动力基础 一 振动基础在土中引起的波动的传播特征 距机器基础一定距离r处的地面竖向 或水平向 振幅衰减的公式 抗震分析与动力基础 二 地面振动随距离的衰减规律 一 减少机器振源振动影响常用的措施 1 设置减振弹簧 吸收振动能量 减少振动的影响 2 确定防振建筑物与机器基础的合理距离 3 采用桩基或人工地基处理 以减小基础振幅 二 调整建筑物或构筑物的结构刚度 改度系统的固有频率以避免共振 具如在建筑物内加设横墙 配置圈梁 调整建筑材料等 三 采用减振和隔振措施 具体方法 1 明沟隔振 2 充填沟隔振 3 排桩隔振 抗震分析与动力基础 三 减少动力机器基础振动影响的措施 积极隔振 指对于本身是振源的机器 为了减小它对周围设备及建筑物的影响 将它与地基隔离开来 消极隔振 指对于允许振动很小的精密仪器和设备 为了避免周围振源对它的影响 须将它与振动地基隔离开来 抗震分析与动力基础