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工程结构抗震设计 1 第二章场地 地基与基础第一节工程地质条件对震害的影响一 局部地形的影响1 局部地形高差大于30 50m 高处震害重 2 局部孤突基岩地形震害重 二 局部地质构造的影响局部地质构造主要指断层 断层可分发震断层与非发震断层 发震断层为具有潜在地震活动的断层 场地选择 应尽量使建筑远离断层及其破碎带 2 三 地下水位的影响水位越浅震害越重 四 地段类别的划分1 建筑场地划分为三种地段 有利地段 不利地段 危险地段2 建筑物选址时 1 应选择对抗震有利的地段 2 避开不利地段 当无法避开时 应采取适当的抗震措施 3 不应在危险地段建造建筑物 3 4 水边地的地下水位较高 土质也较松软 容易在地震时产生土壤滑动或地层液化 用另外的土石來填补地基 常有土壤密实度不足情形 导致建筑物在地震时产生倾斜 沉陷 山坡地在地震时会产生土壤滑动 冲积地的土质松软 地震时容易塌陷 如果此处有地下水层 还容易发生液化 不利的场地条件 5 谷地或低地 这里的建筑物容易在地震发生时 受土石崩塌破坏 不利的场地条件 临近悬崖 容易滑落 6 不利的场地条件 断裂带是地质上的薄弱环节 浅源地震多与断裂活动有关 7 第二节场地一 场地概念场地 工程群体所在地 在平面上大体相当厂区 居民点或自然村的区域范围 场地土 场地范围内的地基土 场地条件对震害的影响因素 1 场地土的刚度 坚硬程度 2 场地覆盖层厚度 8 为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型 泊松比 对剪切波速度影响不太大 相对稳定 而对压缩波影响很大 例如 0 2 0 48时 这种变化特征对于现场测试VP时的要求很高 而实际上很难做到 土可以认为是由骨架 矿物 砂粒等 与填充物 气体 液体等 组成 剪切波不能在气体或液体中传播 即VS只与土的骨架性质有关 而与填充特性无关 岩土的骨架和颗粒之间的连接形式 是在一定的历史时期形成的 它相对稳定 压缩波可以在任何介质中传播 VP除了与土的压实程度和弹性常数有关外 还和岩土的含水量和人类活动等因素有关 因此 用VS则更能客观地反映土的性质 9 二 场地土的类型1 对单一性质土由场地土的剪切波速确定 式中 G为土的剪切模量 为土的密度 2 多层土由多层土等效剪切波速确定 10 等效剪切波速Vse的确定方法 11 等效原则 地震波通过多层土的时间与通过折算土层时间相等 式中Vsi 第i层土的剪切波速 m sdi 第i层土的厚度 md0 场地土计算厚度 取地面下20m 但不深于场地覆盖层厚度 mn 土层数目 12 3 对丁类建筑及不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑 当无实测剪切波速时 可根据岩土名称和性状 先估计各土层剪切波速 再计算等效剪切波速 三 场地覆盖层厚度定义 从地面至坚硬场地土顶面的距离 四 场地类别场地类别划分为四类 划分依据 1 场地土等效剪切波速 或场地土类型 2 场地覆盖层厚度 13 例题 已知某建筑场地的钻孔资料如下表1所示 试确定该场地的类别 表1钻孔资料 14 解 1 确定覆盖层厚度因为地表以下7 5m土层的剪切波速Vs 520m s 500m s 故覆盖层厚度dov 7 5m 2 计算剪切波速覆盖层厚度dov 20m 故取计算深度d0 7 5m Vse位于250 500m s 且覆盖层深度dov 5m 故属于II类场地 m s 15 例题 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 2 地面下20m以上场地土等效剪切波速 解 1 确定覆盖层厚度 3 确定建筑场地类别 属于 类场地 dov 63m 16 例题 已知某拟建办公写字楼的建筑场地 其钻孔地质资料如表1所示 试确定该场地的类别 表1某建筑场地钻孔地质资料 17 五 场地土的固有周期 基本方程 2 简化公式 式中 dov 覆盖层厚度 即从基岩算起至地面的的厚度 式中 vsi hi 覆盖层中第i层土的剪切波速和土层厚度 n 场地覆盖层中的土层总数 2 多层土 1 单一土层 18 第三节地基基础的抗震验算一 验算原则仅验算地基承载力 不验算地基变形 二 不进行天然地基抗震承载力验算的建筑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 1 一般单层厂房 单层空旷房屋 2 不超过8层且高度25m以下的一般民用框架房屋 3 基础荷载与 2 相当的多层框架厂房 3 可不进行上部结构抗震验算的建筑 19 三 天然地基在地震作用下的抗震验算 式中faE 调整后的地基土抗震承载力特征值 s 地基土抗震承载力调整系数fa 修正后的地基土静承载力特征值 按 建筑地基基础设计规范 采用 1 地基土抗震承载力 20 2 地震作用下天然地基的抗震验算 验算天然地基地震作用下的竖向承载力时 可认为其在基础底面所产生的压力是直线分布的 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 21 第四节地基土的液化一 地基土液化的原因及其危害1 原因地震时 饱和砂土或粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移 颗粒结构有压密趋势 如其本身渗透系数较小 短时间内空隙水排泄不走而受到挤压 空隙水压力急剧增加 当空隙水压力增加到与剪切面上的法向压应力接近或相等时 砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至丧失 砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态 此时 土体抗剪强度等于零 形成有如 液体 的现象 即称为 液化 22 2 危害地面喷水冒砂 地基不均匀沉陷 地裂滑坡 从而造成建筑物的破坏 23 二 影响地基土液化的因素砂土 粉土 饱和度 振动是产生液化的必要条件 影响地基土液化的主要因素 1 地质年代 年代愈久抗液化能力愈强 2 土的组成 1 细砂较粗砂易液化 颗粒均匀的较颗粒级配良好的易液化 2 粘性颗粒含量多不易液化 含量越少越易液化 24 不液化粉土粘粒含量界限值 烈度粘粒含量 c 710813916 3 土的相对密度 相对密度越小越易液化 4 上覆土层的厚度 厚度越大越不易液化 5 地下水位 地下水位浅时较深时易液化 6 地震烈度和地震持续时间 烈度越高越易液化 地震持时长易液化 25 三 液化的判断6度时 一般不考虑液化影响 液化判别可分二步进行 第一步 初步判断 饱和的砂土或粉土当符合下列条件之一时 可初步判断为不液化或不考虑液化的影响1 地质年代为第四纪晚更新世 Q3 及其以前时 可判为不液化土 2 粉土的粘粒 粒径小于0 005mm的颗粒 含量百分率 c 在7度 8度 9度分别不小于10 13 16时 应判为不液化土 26 3 采用天然地基的建筑 当其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du d0 db 2dw d0 db 3du dw 1 5d0 2db 4 5 式中dw 地下水位深度 m du 上覆非液化土层厚度 m db 基础埋置深度 m 不超过2m时应采用2md0 液化土特征深度 m 查表采用 27 第二步 标准贯入试验判别 标准贯入试验设备 标准贯入器 触探杆 重63 5kg的穿心锤 操作方法 实测标准贯入锤击数N63 5计算标准贯入锤击数临界值Ncr N63 5 Ncr时 应判为可液化土 否则为不液化土 28 2 液化等级根据液化指数划分液化指数0 IlE 66 IlE 1818 IlE液化等级轻微中等严重3 液化危害描述液化宏观现象 地面喷水冒砂 地基不均匀沉陷 地裂滑坡 四 液化地基的评价1