第13章高地震烈度场地

1、第第13章章 场地和地基的地震效应岩土工程勘察规范（GB 500212001)规定：抗震设防烈度大于或等规定：抗震设防烈度大于或等于于6度的地区，应进行场地和地基地度的地区，应进行场地和地基地震效应的岩土工程勘察。震效应的岩土工程勘察。地震烈度表，是 划分地震烈度的标准，主要是根据地震时地面建筑物受破坏的程度、地震现象、人的感觉等等来划分制定的。震级是反映地震本身大小的等级，只与地震释放的能量有关，而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。震级与烈度虽然都是地震的强烈程度指标，但烈度对工程抗震来说具有 更为密切的关系。地震烈度分为：基本烈度地震基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超

2、越概率为10%的地震烈度值。场地烈度建设地点在工程有效使用期间内，可能遭遇的最高地震烈度。是在基本烈度的基础上，考虑了小区域地震烈度异常的影响后确定的。设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。尼泊尔尼泊尔8.18.1级地震烈度图级地震烈度图此次地震灾区最高烈度为度及以上，等震线长轴总体呈北西西走向，度区及以上总面积约为214700平方千米，造成尼泊尔、中国、印度、孟加拉等国受灾。度区及以上面积约8300平方千米，长轴155千米，短轴63千米。度区面积约20500平方千米，长轴260千米，短轴135千米。度区面积约45000平方千米，长轴383千米，短轴236千米。度区面

3、积约140900平方千米，长轴588千米，短轴470千米。强震区（高烈度地震区）：抗震设防烈度大于等于7度地区建筑物（建设工程抗震设防标准GB50223-2008）特殊设防类（甲类）重点设防类（乙类）标准设防类（丙类）适度设防类（丁类）场地：工程群体的所在地，其在平面上大体相当于厂区、居民区、自然村或不小于1.0km2的区域范围。场地土：场地范围一般深度15-20m内地基土场地土的作用：地震波的传播介质 结构物地基建筑物震害程度：与场地的地形、地貌、土层性质、水文条件密切相关地震力的破坏作用地变形的破坏作用断裂错动、地裂缝与地倾斜等。地震促使软弱地基变形、失效的破坏作用地震激发滑坡、崩塌与泥石

4、流的破坏作用尼泊尔8.1级强震滑坡尼泊尔8.1级强震堰塞湖2015年4月 临洮地震2008汶川地震1933年叠溪地震对于由软岩或松散物质组成的坡对于由软岩或松散物质组成的坡体，在震裂溃屈后，可能会在地体，在震裂溃屈后，可能会在地震过后的一段时间甚至新的因素震过后的一段时间甚至新的因素(暴雨暴雨)作用下才发生滑动。作用下才发生滑动。北川王家岩滑坡在地震后十余分钟北川王家岩滑坡在地震后十余分钟后才整体滑坡，掩埋后才整体滑坡，掩埋1600余人。余人。抗震设防的基本思想 现行抗震设计规范适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区建筑工程的抗震设计、隔震、消能减震设计。 抗震设防是以现有的科技水平和经济条

5、件为前提的。我国现行建筑抗震设计规范(GB500112001)，适用于抗震设防烈度为（）度地区建筑工程的抗震设计。 A4、5、6和7B5、6、7和8C6、7、8和9D7、8、9和10我国抗震设防规范的基本思想和原则是以“三个水准”为抗震设防目标。简单地说就是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。“三个水准”的抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用； 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，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，建筑物不会倒塌或发生危及生命的严重破坏。建

6、筑抗震设防分类 建筑物的抗震设计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 抗震结构的概念设计 概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。 建筑场地的选择尽可能避开强烈振动效用和地面效应的地段作用场地和地基避开活动断裂带和与断裂有联系的断层避开不稳定斜坡或可能产生破坏的斜坡区避免孤立突出的地形地下水位埋深过浅的地区避开浅埋大溶洞持力层和基础方案的选择:基础要砌置于坚硬、密实的地基上，避免松软地基基础砌置深度要大些，以防止地震时建筑物的倾倒同一建筑物不要并用几种不同型式的基础同一建筑物的基础，不要跨越在性质显著不

7、同或厚度变化很大的地基土上建筑物的基础要以刚性强的联结梁连成一个整体建筑物结构形式的选择及抗震措施(1)多层砌体房屋的抗震构造措施。 1)设置钢筋混凝土构件柱，减少墙身的破坏，并改善其抗震性能，提高延性。 2)设置钢筋混凝土圈梁并与构造柱连接起来，增强了房屋的整体性，改善了房屋的抗震性能，提高了房屋的抗震能力。 3)加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的支承长度和可靠连接 4)加强楼梯间的整体性等。 (2)框架结构构造措施。 钢筋混凝土框架房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式 (3)设置必要的防震缝。 场地条件对震害的影响场地条件对建筑物展害影响的主要因素：场地土的刚度场地覆盖层的厚度震害表明

8、：同一震级、震中距，软弱地基地面的自振周期长，振幅大，持续时间长，震害严重软弱地基上，柔性建筑易遭到破坏；坚硬地基上，柔性建筑表现较好，刚性建筑表现不一总体上，在软弱地基上建筑物的震害比刚性地基严重；建筑物的震害随覆盖土层厚度的增加而加重建筑场地地段划分这里有两点值得注意：1、不存在饱和砂土和饱和粉上时，不判别液化；虽存在饱和砂土和饱和粉上，但判别结果为不考虑液化，应不划归不利地段。2、半挖半填地基中，当填土厚度小于天然地基基础埋深时，也不属不利地段。地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段不属于有利、不利和危险的地段不利地段软弱土，液化土，条

9、状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，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（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地箔、地裂、混石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位场地和场地土类别划分建筑抗震设计规范（GB50011-2010）4.1.2： 建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。规范（GB50011-2010）4.1.6 ： 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表4.1.6划分为四类，其中I类分为I0、I1两个亚类。抗震设

10、计场地土层剪切波速的测量： 1. 在场地初步勘察阶段，对大面积的同一地质单元，测量土层剪切波速的钻孔数量， 应为控制性钻孔数量的1/5-1/3，山间河谷地区可适量减少，但不宜少于3 个。2. 在场地详细勘察阶段，对单幢构筑物，测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2 个，当测量的剪切波速值相差较大时，可适量增加测孔数量；对同一地质单元内的多幢构筑物，测孔数量可适量减少，但每幢构筑物下不得少于一个。3. 丁类建筑层数不超10层，高度不超30m丙类建筑，可查表计算为场地评定计算深度与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间的比值0/sevdt1/nisiitdv-土层的等效剪切波速土层的等效剪切波速-计算

11、深度（计算深度（m)m)，取覆盖层厚度和，取覆盖层厚度和20m20m二者的较小值二者的较小值-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土的类型划分和剪切波速范围土的类型取决于土的刚度，按土的等效剪切波速覆盖层厚度用以描述地震波输入松散层的基准面，从基岩传来的各种谐波分量在覆盖层中有不同的滤波和放大作用，对地面反应谱特征具有重要影响。建筑场地覆盖层厚度确

12、定：1） 一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500ms的土层顶面的距离确定。2） 当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层翦切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。 3）剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。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扣除。场地类别500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3例：已知某建筑场地的钻孔土层例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场资料如表所示

13、，试确定该建筑场地的类别。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200632.9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表层土的场表层土的场地土类型地土类型0/sevdt0120146.3577m/s9.5 / 17010.5 / 130niisiddv淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，和粉土， 的填

14、土，流塑黄土的填土，流塑黄土软弱土软弱土稍密的的砾、粗、中砂稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂除松散外的细、粉砂,可可塑黄土塑黄土, 的粘性土和粉土的粘性土和粉土, 的的填土填土中软土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，砂， 的粘性土和粉土，坚硬黄土的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土中硬土稳定岩石，密实的碎石土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土坚硬土或岩石或岩石土层剪切波土层剪切波速范围速范围(m/s) 岩土名称和性状岩土名称和性状土的土的类型类型500sv500250sv250140sv140sv200akf200akf130akf130

15、akf属于中软土（2 2）确定覆盖层厚度）确定覆盖层厚度063dm（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200632.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。若某一周期的

16、地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。场地地基条件的固有特征工程意义：自振周期避开卓越周期地脉动法剪切波速法地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期，可划分为四级：一级稳定基岩，卓越周期是0.1-0.2s，平均为0.15s。二级一般土层，卓越周期为0.21-0.4s，平均为0.27s。三级为松软土层，卓越周期在二级和四级之间。四级为异常松软的土层，卓越周期为0.3-0.7s，平均为0.5s.天然地基地震作用下的承载力验算采用“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要求aEfpaEfp2.1max式中式中p-基础底面平均

17、压力（基础底面平均压力（kPa)kPa)pmaxmax基础底面边缘最大压力基础底面边缘最大压力(kPa)(kPa)faEaE-地基土抗震允许承载力地基土抗震允许承载力 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现拉应的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的面面积的15%15%。地基土抗震承载力确定地基土抗震承载力确定地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。 调整的出发点：调整的出发点： 1 1）地震

18、是偶发事件，地基抗震承载力安全系数）地震是偶发事件，地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；可比静载时降低； 2 2）多数土在有限次的动载下，强度较静载下绍）多数土在有限次的动载下，强度较静载下绍高。高。aEaaff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，按建筑地基基础设建筑地基基础设计规范计规范GB50007GB50007采用采用a1.0淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土1.1稍密的细、粉砂，稍密的细、粉砂，

19、 的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土1.3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， 的粘性土和粉土的粘性土和粉土1.5岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂， 的粘性土和粉土的粘性土和粉土 岩土名称和性状岩土名称和性状kPa300kfkPa300kPa150kfkPa150kPa100kfa地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数深基础的地震稳定性验算地震时挡土墙结构土压力分析场地条件对震害的影响 水边地的地下

20、水边地的地下水位较高，土质也水位较高，土质也较松软，容易在地较松软，容易在地震时产生土壤滑动震时产生土壤滑动或地层液化。或地层液化。 山坡地在地震山坡地在地震时会产生滑动时会产生滑动 用另外的土石用另外的土石來填补地基，常有來填补地基，常有土壤密实度不足情土壤密实度不足情形，导致建筑物在形，导致建筑物在地震时产生倾斜、地震时产生倾斜、沉陷。沉陷。 冲积地的土质冲积地的土质松软，地震时容易松软，地震时容易塌陷，如果此处有塌陷，如果此处有地下水层，还容易地下水层，还容易发生液化。发生液化。 临近悬崖，临近悬崖，容易滑落容易滑落 谷地或低地，这里的建筑物容易谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，

21、受土石崩塌破坏。在地震发生时，受土石崩塌破坏。 萨尔瓦多地震引发了泥石流，数百户人家萨尔瓦多地震引发了泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有被埋在泥石里，估计有1200多人遇难多人遇难地裂地裂地段选择地段选择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。局部突出地形的影响局部突出地形的影响19941994年云南昭通地震，芦家湾某年云南昭通地震，芦家湾某村坐落于山梁上，山梁长村坐落于山梁上，山梁长150m150m，顶部最宽顶部最宽15m15m，最窄，最窄5

22、m5m，高，高60m.60m.距距震中震中18km18km。突出端部的最大加速度为突出端部的最大加速度为0.632g,0.632g,鞍部为鞍部为0.257g0.257g，大山根部为，大山根部为0.431g0.431g。烈度为烈度为9度度烈度为烈度为8度度烈度为烈度为7度度1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.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;5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。发震断裂的影响发震断裂的影响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

23、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 断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。断裂活动有关。 发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新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，属于地震危的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。险地段。 建设时应避开。建设时应避开。 发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要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。在高烈度区，全新世以来经常活动的断裂上面。发震断裂的影响发震断裂的影响场地

24、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： 1）抗震设防烈度小于8度； 2）非全新世活动断裂； 3）抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。2. 对不符合本条1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。 _ 300m 500m 专门研究专门研究 9 _ 200m 300m 专门研究专门研究 8 丁丁 丙丙 乙乙 甲甲地震小区划是对某一特定区域范围内地震安全环境进行划分，预测这一范围内可能遭遇到的地震影响分布，包括设计地震动参数的分布和地震地质灾害的分布。调整烈度小区划调整反应谱小区划设计

25、地震动小区划 处于地下水位以下的饱和砂土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，使空隙水压力急剧时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，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这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消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。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这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称示出近于液体的特性。

26、这种现象称为为液化液化。 唐山地震时，严唐山地震时，严重液化地区喷水高度重液化地区喷水高度可达可达8 8米，厂房沉降米，厂房沉降可达可达1 1米。米。 天津地震时，海天津地震时，海河故道及新近沉积土河故道及新近沉积土地区有近地区有近30003000个喷水个喷水冒砂口成群出现，一冒砂口成群出现，一般冒砂量般冒砂量0.1-10.1-1立方立方米，最多可达米，最多可达5 5立方立方米。有时地面运动停米。有时地面运动停止后，喷水现象可持止后，喷水现象可持续续3030分钟。分钟。液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现液化的震害：喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、

27、滑移，造成桥梁破坏，等等。裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。液化使建筑物产生下列液化使建筑物产生下列震害震害： 1. 1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜； 2. 2.不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等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，使墙体开裂和建筑物体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；形变化处开裂； 3. 3.室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。影响场地土液化的主要影响场地土液化的主要因素：因素： 1. 1.土层的地质年代；土层的地

28、质年代； 2. 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. 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. 4.地震烈度和地震持续时间。地震烈度和地震持续时间。按建筑抗震设计规范（GB 500112001)规定判别初判条件。当饱和砂土或饱和粉土(不含黄土)符合下列条件之一时，可初步判别为不 液化或不考虑液化影响。地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前，抗震设防烈度为7度、8度时可判为不液化土。粉土的黏粒含量率在抗震设防烈度为 7度、8度和9度分别不小于10，13和16时，可判为不液化土。采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合

29、下列条件之一时， 可不考虑液化影响：进一步判别。当初步判别认为须进一步进行液化判别时，应采取标准贯入试验判别 法。当饱和土标准贯人锤击数(未经杆长修正）小于液化判别标准贯人锤击数临界值（即N Ncr)时，应判为液化土。 Ncr按下式计算：其他方法静力触探试验方法。铁道部铁路工程抗震设计规范和铁路工程地质原位测试规 程均采用静力触探试验方法进行地震液化判别。波速测试方法建筑抗震设计规范评价液化等级的基本方法是：按每个标准贯人试 验点逐点判别液化可能性,按每个试验孔计算液化指数，按照每个孔的计算结果，结合场地的 地质地貌条件，综合确定场地液化等级。计算液化指数凡已经判定为可液化的土层，应按下式计算

30、地基的液化指数： 划分液化等级液化等级轻微中等严重判别深度为15m15m时的液化指数0 IIE 55 IIE 15判别深度为20m20m时的液化指数0 IIE 66 6 IIE 18 18场地和地基液化等级表凡判别为可液化地基土层，应根据建筑类别和地基液化等级按下列规定提出抗液化措 施的建议：甲类建筑宜避开地基液化等级为严重或中等的场地；乙类建筑在地基液化等级为 严重的场地，应避开或全部消除液化，在进行技术经济对比后确定其抗震措施；丙、丁类建筑可 不考虑避开措施。各类建筑物均应避开可能液化滑移的地段。当无法避开时，应采取保证 场地地震时整体稳定的措施。各类建筑和构筑物的液化措施，应根据现行国家标准建筑抗 震设计规范(GB 50011 2001)规定提出建议。通常采用的抗液化措施包括：换土填层方法、采取振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等方法改善液化土层的密实程度方法；增加盖层，以增大有效覆盖压力方法；建筑物地基范围内用 板桩、混凝土截水墙、沉箱等，将液化土层截断封闭方法；采用深基础方法等工程措施。根据国家批准的地震动参数区划和有关的规范，提