第三章场地、地基和基础

1、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院日本新泻地基液化河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院工程地质条件对地震破坏的影响很大。工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。 地段类别地段类别 地质、地形、地貌地质、地形、地貌有利地段有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山

2、丘，非岩质的陡坡，软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如古河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等（如古河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位能发生地表错位的部位河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院水边地的地下水位水边地的地下水位较高，土质也较松较高

3、，土质也较松软，容易在地震时软，容易在地震时产生土壤滑动或地产生土壤滑动或地层液化。层液化。 山坡地在地震时山坡地在地震时会产生土壤滑动会产生土壤滑动 用另外的土石來填补用另外的土石來填补地基，常有土壤密实地基，常有土壤密实度不足情形，导致建度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾筑物在地震时产生倾斜、沉陷斜、沉陷。 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院临近悬临近悬崖，容崖，容易滑落易滑落谷地或低地，这里的建谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。受土石崩塌破坏。 萨尔瓦多地震引发了一巨大的萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥泥石

4、流，数百户人家被埋在泥石里，估计有石里，估计有1200多人遇难多人遇难地裂地裂河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1.1.选择有利地段；选择有利地段；2.2.避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；3.3.不在危险地段建设。不在危险地段建设。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1.1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.3.在同样地形条件下，土质结构的反应比

5、岩质结构大；在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.4.高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明 显减小显减小; ;5.5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1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-附加调整系数H1LL 0.3 0.6 1.05 . 2/1HL5/5 . 21HL5/1HL河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院H1LL 0.6 0.5 0.4

6、0.3 0.5 0.4 0.3 0.2 0.4 0.3 0.2 0.1 0.3 0.2 0.1 0岩质地层岩质地层非岩质地层非岩质地层3 . 0/LH6 . 0/3 . 0LH0 . 1/6 . 0LH5H20H155H2515H25H4020H6040H60H0 . 1/ LH突出地形突出地形的高度的高度(m)局部突出局部突出台地边缘台地边缘的侧向平的侧向平均坡降均坡降(H/L)4.1.8当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平

7、地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值应根据不利地段的具体情况确定，在1.11.6 范围内采用。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院与地下断裂构造直接相关的地裂与地下断裂构造直接相关的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。动有关。建设时应避开。建设时应避开。 发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险

8、地段。使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。 发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区，全新世以来经常活动的断裂上面。区，全新世以来经常活动的断裂上面。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：价，并应符合下列要求：1.1. 对符合下列规定之一的情况，对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响面建筑的影响： 1 1）抗震设防烈度小于）抗震设防烈度小于8 8度；度； 2 2）非全

9、新世活动断裂；）非全新世活动断裂； 3 3）抗震设防烈度为）抗震设防烈度为8 8度和度和9 9度时，隐伏断裂的土层覆盖厚度时，隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于度分别大于60m60m和和9090m m。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2. 2. 对不符合本条对不符合本条1 1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让款规定的情况，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。距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。 _ 200m 400m 专门研究专门研究 9 _ 100m 200m 专门研究专门研究 8 丁丁 丙丙 乙乙 甲甲建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别

10、烈度烈度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院建筑场地指建筑所在地。大体相当于厂区、居民点建筑场地指建筑所在地。大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围。和自然村的区域范围。建筑场地按地震对建筑的影响划分为四类，其中建筑场地按地震对建筑的影响划分为四类，其中类类分分0和和1两个亚类两个亚类。建筑场地分类的指标是以建筑场地分类的指标是以场地等效剪切波速场地等效剪切波速和和覆盖覆盖层的厚度层的厚度确定。确定。新书P59河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院场地土层的固有周期的简化计算公式为场地土层的固有周期的简化计算公式为svHT4单一土层时单一土层时多层土时多层土时siini

11、vhT41H-覆盖层厚度覆盖层厚度sv-土的剪切波速土的剪切波速n-土层总数土层总数ihsiv-i层厚度层厚度-i层剪切波速层剪切波速一、场地土层的固有周期与场地的地震效应一、场地土层的固有周期与场地的地震效应1. 1. 场地土层的固有周期场地土层的固有周期河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院场地覆盖层厚度的确定：场地覆盖层厚度的确定：1.1. 一般情况下，应按地面至剪切波速大于一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s500m/s且其下卧各且其下卧各层岩石的剪切波速均不小于层岩石的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定；的土层顶面的距离确定；2. 2. 当地面当地面

12、5m5m以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速以下存在剪切波速大于其上部各土层剪切波速2.52.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定；时，可按地面至该土层顶面的距离确定；3. 3. 剪切波速大于剪切波速大于500m/s500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；的孤石、透镜体，应视同周围土层；4. 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的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。土层中扣除。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院

13、tdvse/0土层的等效剪切波速土层的等效剪切波速nisiivdt1/sev0dtidsivn-土层的等效剪切波速土层的等效剪切波速-计算深度（计算深度（m)m)，取覆盖层厚度和取覆盖层厚度和20m20m二者较小值二者较小值-剪切波在地面至计算深度之间的传播时间剪切波在地面至计算深度之间的传播时间-计算深度范围内第计算深度范围内第i i土层的厚度土层的厚度( (m)m)-计算深度范围内第计算深度范围内第i i土层的剪切波速土层的剪切波速( (m/s)m/s)-计算深度范围内土层的分层数计算深度范围内土层的分层数二、场地类别二、场地类别河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院岩石的剪切波

14、速或土的等岩石的剪切波速或土的等效剪切波速（效剪切波速（m/s）场地类别场地类别01Vse8000800Vse5000500Vse25015050Vse15080表4.1.6各类建筑场地的覆盖层厚度（m）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院例：已知某建筑场地的钻孔例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。该建筑场地的类别。层底深度层底深度(m)土层厚度土层厚度(m) 土的名称土的名称剪切波速剪切波速m/s9.59.5砂砂17037.828.3淤泥质粘土淤泥质粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥质粘土淤泥质粘土2006

15、32.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520解：解：（1 1）确定地面下）确定地面下20m20m表层表层土的场地土类型土的场地土类型tdvse/0m/s3577.146130/5 .10170/5 . 92010nisiisevddv（2 2）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度md630河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。建筑场地的类别。解：解：（1 1）确定地面下）确定地面下20m20m表层土表层土的场地土类型的场地土类型tdvse/0m/s3577.14

16、6130/5 .10170/5 . 92010nisiisevddv（2 2）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度md630（3 3）确定建筑场地类别）确定建筑场地类别属于属于类场地类场地岩石的剪切波速或土的岩石的剪切波速或土的等效剪切波速（等效剪切波速（m/s）场地类别场地类别01Vse8000800Vse5000500Vse25015050Vse15080河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院土层底部深度/m土层厚度/m岩土名称剪切波速/(m/s)2.52.5素填土1605.53.0粉质黏土21019.013.5粉细砂24327.58.5砾石350例：某场地钻孔地质资料见表，砾石层以下

17、为基岩，试确定该场地类别。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院v 解：解：(1) (1) 确定场地覆盖层厚度。由于砾石以下岩层确定场地覆盖层厚度。由于砾石以下岩层500 m/s500 m/s的条件，所以基岩以上的土层总厚度就是覆的条件，所以基岩以上的土层总厚度就是覆盖层厚度，盖层厚度，即即27.527.5 m m。v (2) (2) 计算等效剪切波速。计算深度取覆盖层厚度和计算等效剪切波速。计算深度取覆盖层厚度和20 20 m m两者的较小值，即两者的较小值，即=20m=20m，则，则v 根据覆盖层厚度和等效剪切波速，查表可知场地类别根据覆盖层厚度和等效剪切波速，查表可知场地类别为

18、为类。类。0ses120m/s226.4m/s2.53.013.51.0(/)160210243350niiidvdv河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院岩石的剪切波速或土的等岩石的剪切波速或土的等效剪切波速（效剪切波速（m/s）场地类别场地类别01Vse8000800Vse5000500Vse25015050Vse15080表4.1.6各类建筑场地的覆盖层厚度（m）河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的，因此确保地震时基础能够承受上部结构传是比较敏感的，因此确

19、保地震时基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基和基础抗震设计的基本要求。形和不均匀沉降是地基和基础抗震设计的基本要求。1.1.高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震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；中产生不同程度的震陷，造成上部结构的倾斜或破坏；2.2.杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，土质松软杂填土、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；且承载力较低，易产生沉陷，使结构开裂；3

20、.3.沟、坑、古河道、坡地半挖半填等非匀质地基在地震沟、坑、古河道、坡地半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。中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1.1.软弱粘性土地基软弱粘性土地基采用桩基，地基加固；采用桩基，地基加固；2.2.杂填土地基杂填土地基换土夯实；地基加固；换土夯实；地基加固；3.3.不均匀地基不均匀地基综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、地基抗震措施。的结构布局、地基抗震措施。地基加固处理方法地基加固处理方法换土垫层法换土垫层法重锤夯实

21、法重锤夯实法挤密桩法挤密桩法沉井预压法沉井预压法河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、三、 地基基础抗震设计地基基础抗震设计1 1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2) 2) 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；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；3) 3) 地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，地基有软弱土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜宜加强基础的整体性和刚性加强基础的整体性和刚性；4) 4) 根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算根据具体情况

22、，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。映地基基础在不同阶段上的工作状态。 地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。算来保证其抗震能力的。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、三、 地基基础抗震设计地基基础抗震设计河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、三、 地基基础抗震设计地基基础抗震设计河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1) 1) 本规范规

23、定可不进行上部结构抗震验算的建筑；本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑；2) 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：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 1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；）一般的单层厂房和单层空旷房屋； 2 2）砌体房屋）砌体房屋 3 3）不超过）不超过8 8层且高度在层且高度在24m24m以下的一般民用框架和以下的一般民用框架和 框架框架- -抗震墙房屋；抗震墙房屋； 4 4）基础荷载与）基础荷载与3 3）项相当的多层框架厂房和多层混凝）项相当的多层框架厂房和多层混凝 土抗震墙房屋。土抗震墙房屋。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土

24、木工程学院采用采用“拟静力法拟静力法”规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求要求aEfp aEfp2 . 1max式中式中 p-基础底面平均压力（基础底面平均压力（kPakPa) )pmaxmax基础底面边缘最大压力基础底面边缘最大压力( (kPakPa) )faEaE-地基土抗震允许承载力地基土抗震允许承载力河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院平 均 压 应 力 分 布零 应 力 区pMMp实 际 压 应 力 分 布aEfp aEfp2 . 1max高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出的

25、高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现脱离区（零应力区）；其它建筑，基础底面与地基土之现脱离区（零应力区）；其它建筑，基础底面与地基土之间脱离区间脱离区（零应力区）（零应力区）面积不应超过基础底面面积的面积不应超过基础底面面积的15%15%。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院aaaEff式中式中 faEaE-调整后的地基抗震承载力设计值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地基抗震承载力调整系数fa a - -深宽修正后的地基承载力特征值，按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建筑地基基础设计规范GB50007GB50007采用采用a 岩土名称和性

26、状岩土名称和性状a岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak300kPa的黏性土和粉土的黏性土和粉土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，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，150kPafak300kPa的粘性土和粉土的粘性土和粉土,坚硬黄土。坚硬黄土。1.3稍密的细、粉砂，稍密的细、粉砂，100kPafak22时，在时，在du 、dw中减去（中减去（d db b-2)-2)后再查图确定。后再查图确定。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院例例1 1 图示为某场地地基剖面图

27、图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度d du u=5.5m=5.5m 其下为砂土，地下水位深度其下为砂土，地下水位深度 为为d dw=6m.=6m.基础埋深基础埋深d db b=2m,=2m,该该 场地为场地为8 8度区。确定是否考度区。确定是否考 虑液化影响。虑液化影响。d dw=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2m=2m3.4 3.4 场地土的液化与抗液化措施场地土的液化与抗液化措施河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院md80查液化土特征深度表查液化土特征深度表解：按判别式确定解：按判别式确定9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉

28、土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别mddb5 .115 . 425 . 15 .1165 . 50需要考虑液化影响。需要考虑液化影响。d dw=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2m=2m20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwudddd3286?30bwddd2285 . 5?20buddd5 . 425 . 10bwudddd3.4 3.4 场地土的液化与抗液化措施场地土的液化与抗液化措施河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院例例1 1 图示为某场地地基剖面图图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度上覆非液化土层厚度d du u=5.5m

29、=5.5m 其下为砂土，地下水位深度其下为砂土，地下水位深度 为为d dw=6m.=6m.基础埋深基础埋深d db b=2m,=2m,该该 场地为场地为8 8度区。确定是否考度区。确定是否考 虑液化影响。虑液化影响。解：按土层液化判别图确定解：按土层液化判别图确定需要考虑液化影响。需要考虑液化影响。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910)(mdud dw w(m(m) )不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区砂土砂土7 7度度8 8度度9 9度度d du u=5.5m=5.5md dw=6m=6md dw=6m=6md du u=5.5m=5.5md db b=2m=2m3.4 3.4 场地土的液化与抗液化措施场地土的液化与抗液化措施河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院采用标准贯入试验判别采用标准贯入试验判别钻孔至试验土层上钻孔至试验土层上15cm15cm处处, ,用用63.563.5公斤穿公斤穿心锤，落距为心锤，落距为76cm76cm，打