N2_20150910_场地与地基

1、2015年年9月月8日的上课内容回顾：日的上课内容回顾： 1. 地震与地震动简介地震与地震动简介 2. 地震震级与地震烈度地震震级与地震烈度 3. 地震灾害概说地震灾害概说 4. 工程抗震设防工程抗震设防 5.工程抗震设计的总体要求工程抗震设计的总体要求第第1章章 绪论（复习）绪论（复习）v地震破坏性的差异取决于波长和振幅。地震破坏性的差异取决于波长和振幅。（1）波）波 长：面波横波纵波；长：面波横波纵波；（2）振）振 幅：面波横波纵波；幅：面波横波纵波；（3）破坏性：面波横波纵波破坏性：面波横波纵波；（4）地震动的三要素：峰值、频谱、持续时间。）地震动的三要素：峰值、频谱、持续时间。地震波地

2、震波瑞利波瑞利波(R)洛夫波洛夫波(Q)横横 波波(S)纵纵 波波(P)体体 波波面面 波波第第1章章 绪论（复习）绪论（复习） 工程抗震设防工程抗震设防：对建筑结构进行抗震设计并：对建筑结构进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施，将地震灾害损失采取一定的抗震构造措施，将地震灾害损失减到最低程度的方法之一就是抗震设防。减到最低程度的方法之一就是抗震设防。v结构抗震实现方法：结构抗震实现方法：（1）设防基本准则：）设防基本准则：“小震不坏、中震可修、小震不坏、中震可修、大震不倒大震不倒”；（2）“两阶段三水准两阶段三水准”设计方法；设计方法；第第1章章 绪论（复习）绪论（复习）v 第一阶段设计是承

3、载力验算第一阶段设计是承载力验算（1）取第一水准的地震动参数）取第一水准的地震动参数(多遇地震众值烈多遇地震众值烈度，比基本烈度小度，比基本烈度小1.5度度)，用弹性反应谱法，用弹性反应谱法计算地震作用和相应作用效应。计算地震作用和相应作用效应。（2）与其他荷载效应组合，进行结构件截面载）与其他荷载效应组合，进行结构件截面载力验算，满足强度要求。力验算，满足强度要求。（3）结构弹性变形验算并采取抗震构造措施。）结构弹性变形验算并采取抗震构造措施。v这一阶段设计是用于满足这一阶段设计是用于满足“第一水准第一水准”抗震。抗震。第第1章章 绪论（复习）绪论（复习）v 第二阶段设计是弹塑性变形验算第二

4、阶段设计是弹塑性变形验算（1）对易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则）对易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构，及专门建筑，还要进行罕遇地震结构，及专门建筑，还要进行罕遇地震(比基比基本烈度大本烈度大1.0度度)下的弹塑性层间变形验算并下的弹塑性层间变形验算并采取抗震构造措施，实现采取抗震构造措施，实现“第三水准第三水准”抗震。抗震。（2）对于大多数建筑结构，不需要进行）对于大多数建筑结构，不需要进行“第二第二水准水准”抗震设计，对特别重要和有明显薄弱抗震设计，对特别重要和有明显薄弱部位的结构，才需要部位的结构，才需要“第二水准第二水准”抗震设计。抗震设计。第第1章章 绪论（复习）绪论（复习）1

5、.5 抗震设计的总体要求抗震设计的总体要求（1）涵义：）涵义：根据地震灾害和工程经验等所形成根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则方法。的基本设计原则方法。（2）三层次设计：概念设计、抗震数值计算、）三层次设计：概念设计、抗震数值计算、抗震构造措施。抗震构造措施。（3）抗震设计总体基本原则：注意场地选择、）抗震设计总体基本原则：注意场地选择、把握结构体型、利用结构延性、设置多道防把握结构体型、利用结构延性、设置多道防线、重视非结构因素。线、重视非结构因素。第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）1.5.1 注意场地选择注意场地选择第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）1.5.2 把握建

6、筑体型把握建筑体型第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）1.5.3 利用结构延性利用结构延性第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）1.5.4 设置多道防线设置多道防线第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）1.5.5 注意非结构件注意非结构件第第1章章 绪论（补讲授）绪论（补讲授）本章主要学习内容：本章主要学习内容： 1. 场地划分与场地区划（掌握）场地划分与场地区划（掌握） 2. 地基抗震验算（了解）地基抗震验算（了解） 3. 地基土液化及其防治（掌握）地基土液化及其防治（掌握）第第2章章 场地与地基场地与地基2.1 场地划分与场地区划场地划分与场地区划n场地场地(site) ：即指工程

7、群体所在地，：即指工程群体所在地，具有相似具有相似的反应谱特征的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小和，其范围相当于厂区、居民小和自然村或不小于自然村或不小于1.0平方公里的平面面积。平方公里的平面面积。n场地土场地土 (Site Soil) ：指场地范围内的地基土。：指场地范围内的地基土。场地土类别的划分可按土层的剪切波速场地土类别的划分可按土层的剪切波速Vs或等或等效剪切波速效剪切波速Vse来划分。来划分。第第2章章 场地与地基场地与地基2.1.1 场地及其地震效应场地及其地震效应第第2章章 场地与地基场地与地基2.1.1 场地及其地震效应场地及其地震效应（1）震害案例。）震害案例。（2）

8、地震动的卓越周期。地表地震动的卓）地震动的卓越周期。地表地震动的卓越周期很大程度取决场地的固有周期，越周期很大程度取决场地的固有周期，（3）地震效应主要取决于三个基本因素：）地震效应主要取决于三个基本因素：覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻覆盖土层厚度、土层剪切波速、岩土阻抗比。前抗比。前2者影响地震动的频谱特性。者影响地震动的频谱特性。第第2章章 场地与地基场地与地基2.1.2 覆盖层厚度覆盖层厚度(Thickness of site soil layer)（1）概念：原意指地表层至地下基岩面的距离。）概念：原意指地表层至地下基岩面的距离。（2）工程上判定：）工程上判定：p在一般情况下，可取

9、地面至剪切波速大于在一般情况下，可取地面至剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶面的距离；的坚硬土层或岩层顶面的距离；p当地面当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速剪切波速2.5倍的土层且其下卧岩土层的剪切波倍的土层且其下卧岩土层的剪切波速均不小于速均不小于400m/s时，亦可取地面至土层顶面时，亦可取地面至土层顶面的距离作为覆盖层厚度；的距离作为覆盖层厚度；第第2章章 场地与地基场地与地基2.1.3 场地的类别场地的类别p抗震规范抗震规范指出：建筑场地类别应根据土指出：建筑场地类别应根据土层等效剪切速波和场地覆盖层厚度划分为层等效剪切速波和场地覆盖

10、层厚度划分为5类类.第第2章章 场地与地基场地与地基p无实测波速：按下表划分土的类型，和按经验无实测波速：按下表划分土的类型，和按经验在下表的波速范围内估计剪切波速在下表的波速范围内估计剪切波速第第2章章 场地与地基场地与地基p等效剪切波速等效剪切波速se：第第2章章 场地与地基场地与地基n为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？先由波速公式说起：先由波速公式说起：当泊松比变化时：当泊松比变化时：第第2章章 场地与地基场地与地基EVEVEVEVPsPs522.3;581.0054.1;645.048.048.02.02.0)21)(1()1(;)1(2EV

11、EVPsn为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型？（1）泊松比）泊松比对剪切波速度影响不太大，相对稳对剪切波速度影响不太大，相对稳定，对压缩波影响很大。这种变化特征对于现定，对压缩波影响很大。这种变化特征对于现场测试场测试VP时的要求很高，实际上很难做到。时的要求很高，实际上很难做到。（2）剪切波不能在气体或液体中传播，即）剪切波不能在气体或液体中传播，即VS只只与土的骨架性质有关，而与填充特无关。与土的骨架性质有关，而与填充特无关。而压而压缩波可以在任何介质中传播，所以缩波可以在任何介质中传播，所以VP除了与土除了与土的压实程度和弹性常数有关外，还和岩土

12、的含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。水量和人类活动等因素有关。第第2章章 场地与地基场地与地基p等效剪切波速测试等效剪切波速测试第第2章章 场地与地基场地与地基p例题例题第第2章章 场地与地基场地与地基2.1.4 场地区划场地区划（1）概念：中等规模以上城市，允许采用批准）概念：中等规模以上城市，允许采用批准的抗震设防区划，牵涉的抗震设防区划，牵涉“场地设计地震动的场地设计地震动的区域划分区域划分”问题：城区范围内的场地类别区问题：城区范围内的场地类别区域划分又称场地小区划；设防地震动参数区域划分又称场地小区划；设防地震动参数区划；场地地面破坏潜势区划等。划；

13、场地地面破坏潜势区划等。（2）场地小区划方法：）场地小区划方法：（3）场地固有周期）场地固有周期T的计算：的计算： 第第2章章 场地与地基场地与地基nisiiVdT142.2 地基抗震验算地基抗震验算n地基抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗地基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。震验算来保证其抗震能力的。2.2.1 地基抗震设计原则地基抗震设计原则 （1）松软土地基和不均匀地基：加固；）松软土地基和不均匀地基：加固；（2）一般土地基，允许不验算；）一般土地基，允许不验算；（3）地裂危害的地基，防治措施。）地裂危害的地基，防治措施。 第第2章章 场地与地基场地与地基2

14、.2.2 地基土抗震承载力地基土抗震承载力第第2章章 场地与地基场地与地基asaEffn地基土的动承载力与静承载力地基土的动承载力与静承载力（1）作用时间短促，地基只产生弹性变形，来）作用时间短促，地基只产生弹性变形，来不及发生永久变形，所以地震作用产生的地基不及发生永久变形，所以地震作用产生的地基变形较同值的静载产生的变形要小得多。变形较同值的静载产生的变形要小得多。（2）考虑到地震作用的偶然性和短暂性以及工）考虑到地震作用的偶然性和短暂性以及工程的经济性，地震作用下的可靠性适当降低。程的经济性，地震作用下的可靠性适当降低。（3）地震乃极短期动载，）地震乃极短期动载， 孔隙水压力来不及消孔隙

15、水压力来不及消散，散， 此时地基承载力实从抗剪总应力而来。此时地基承载力实从抗剪总应力而来。 第第2章章 场地与地基场地与地基2.2.3 地基抗震验算地基抗震验算（1）验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，）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可认为其在基础底面所产生的压力是直线分布的。的。（2）按地震作用效应）按地震作用效应标准组合标准组合的基础底面平均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：压力和边缘最大压力应符合下列各式要求：第第2章章 场地与地基场地与地基a Em a xa E1 .2pfpf2.3 地基土液化及其防治地基土液化及其

16、防治n处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒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。的特性。

17、这种现象称为液化。第第2章章 场地与地基场地与地基2.3.1 地基土液化及其危害地基土液化及其危害 （1）地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整）地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；体倾斜；（2）不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使）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；和建筑物体形变化处开裂；（3）室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下）室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。沉。第第2章章 场地与地基场地与地基2.3.1 地基土液化及其危害地基土液化及其危害 第第2章章 场地与地基场地与地

18、基n影响场地土液化的主要因素影响场地土液化的主要因素（1）土层的地质年代；）土层的地质年代；（2）土层的土粒的组成和密实程度；）土层的土粒的组成和密实程度；（3）砂土层埋置深度和地下水位深度；）砂土层埋置深度和地下水位深度；（4）地震烈度和地震持续时间。）地震烈度和地震持续时间。第第2章章 场地与地基场地与地基2.3.2 地基土液化的判别地基土液化的判别n两大步骤：初步判别两大步骤：初步判别标准贯入试验判别。标准贯入试验判别。第第2章章 场地与地基场地与地基（1）初步判别初步判别：满足下列一条：满足下列一条地质年代为第四纪晚更新世地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及以前时，及以前时，7、8度可判

19、为不液化；度可判为不液化；当粉土的粘粒（粒径小于当粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒的颗粒)含含量百分率在烈度为量百分率在烈度为7、8和和9度时分别大于度时分别大于10、13和和16可判为不液化；可判为不液化；当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合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。下列条件之一时，可不考虑液化影响。第第2章章 场地与地基场地与地基ndw 地下水深度；地下水深度；ndb基础埋置深度；基础埋置深度；nd0 液化土特征深度，按规范采用；液化土特征深度，按规范采用；ndu 上覆盖非液化土层厚度。上覆盖非液化土层厚度。第第2章章 场地与地基场地与地基20buddd30bwddd5 . 425 . 10bwudddd9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别n例题。例题。第第2章章 场地与地基场地与地基（2）标准贯入试验判别标准贯入试验判别钻孔至试验土层上钻孔至试验土层上15cm处处,用用63.5公斤穿心锤，公斤穿心锤，落距为落距为76cm，打击土层，打入，打击土层，打入30cm所用的锤所用的锤击数记作击数记作N63.5