第2章场地、地基和基础抗震

第2章场地、地基和基础抗震2.1概述2.2工程地质条件对震害的影响2.3场地2.4地基基础抗震验算2.5地基液化2.1概述场地的特点地震波传播介质结构物地基

作为地震波传播介质，地震波通过场地地基迫使结构发生强迫震动而破坏。作为结构地基，地面震动可使地基丧失稳定性，砂土液化，软土震陷等，地基失效发生结构倾斜倒塌。建筑物震害分类结构震动破坏地基失效引起破坏2.2工程地质条件对震害的影响一、局部地形的影响从宏观经验和地震反应分析可知，局部高突地形和非岩质地基对建筑物震害有很大影响，局部高突地形对地震有明显的放大作用。

规范规定：

当需要在条状突出山嘴、高耸孤立山丘、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的放大作用，其水平地震影响系数应乘以增大系数。其值在1.1-1.6之间采用。二、局部地质构造的影响局部地质构造的定义局部地质构造主要指断裂断裂的分类发震断裂

非发震断裂——具有潜在地震活动的断裂——不具有潜在地震活动的断裂与发震断裂活动性有关的因素地震震级大小

覆盖层厚度地质年代《抗规》有关规定符合相关规定下可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响。

不符合上述规定情况下，应避开主断裂带，避让距离不宜小于规范表4.1.7的规定。抗规4.1.7条2.3场地场地：建筑物所在地，其范围大体相当于厂区、居民点和自然村的范围地震类型、结构类型、

场地特性房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大；比较而言，软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地定义影响建筑物震害的因素:1967年委内瑞拉加拉加斯地震下卧层的构成、覆盖层厚度一、场地条件对震害的影响

●场地土层对地震波的过滤及放大作用：地震波由许多频率不同的成分组成，在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有频率相接近的频率波群将被放大，而另一些频率波群被衰减甚至被完全过滤掉。●地震动卓越周期：地震波振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期。●场地条件两大因素：场地土刚度、覆盖层厚度。两个因素共同决定了场地土层对地震波的作用。2.3场地

●不同场地的振动特征：●不同周期的建筑物在不同场地上的表现：软弱地基：固有周期长，振幅大，振动持续时间长坚硬地基：固有周期短，振幅小，振动持续时间短软弱地基上，柔性结构（长周期结构）震害严重，刚性结构（短周期结构）震害较弱坚硬地基上，刚性结构（短周期结构）震害严重，柔性结构（长周期结构）震害较弱●地震动卓越周期的决定因素：由于场地土层的过滤和放大作用，当地震波中某些频率成分与场地土固有周期相近时，由于共振，该成分的幅值将被放大最大，故地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。二、场地土类型

●由于场地土层往往具有非单一性，所以应按反应各土层综合刚度的等效剪切波速来确定场地土的类型。等效剪切波速即土层平均剪切波速，可按下式计算：●土的类型取决于土的刚度，土的刚度可按土的剪切波速划分。

式中：

——土层等效剪切波速（m/s)

——计算深度（m），取覆盖层厚度和20m两者的较小值

——剪切波在地表与计算深度之间传播的时间（s）

《抗规》规定：对丁类建筑及层数不超过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，按表划分土的类型，再利用当地经验在该表所示的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速。

——土计算深度范围内第i层土的厚度（m）

——计算深度范围内土层的分层数

——计算深度范围内第i层土的剪切波速（m/s）淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,

的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬或岩石土层剪切速范围(m/s)

岩土名称和性状土的类型---由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值三、场地覆盖层厚度

●一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定。

指从地表到地下基岩面的距离。※场地覆盖层厚度定义：※《规范》对确定场地覆盖层厚度的要求：

●当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧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。

●剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。

●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。当下部土层的剪切波速达到上部土层剪切波速的2.5倍，且下部土层没有剪切波速小于400m/s的岩土层时，该下部土层就可以近似看作基岩

2024/1/2311

四、场地类别划分《建筑抗震规范》根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑的场地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其中Ⅰ类分为两个亚类。剪切波速：剪切波在土层中传播的速度。可根据土的剪切波速对土进行划分，参见教材，表等效剪切波速：以剪切波在土层中传播时间不变的原则定义的土层平均剪切波速，参见教材场地覆盖层厚度：指地表至，地下基岩面的距离，参见教材相关规定。注：各类建筑场地的覆盖层厚度（m）等效剪切波速（m/s）场地类别Ⅰ0ⅡⅢⅣVse﹥800500≧Vse﹥250250≧Vse﹥150Vse≦1500﹤5≧5﹤3﹤33～503～15﹥5015～80﹥80Ⅰ1800≧Vse﹥50002024/1/2312※场地类别对高层建筑设防标准的影响●当建筑场地为Ⅰ类时，对甲、乙类建筑，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。●当建筑场地为Ⅰ类时，对于丙类建筑，除6度外应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。●当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度为0.15g（7度0.15g区）和0.3g（8度0.3g区）的地区，宜分别按抗震设防烈度8度和9度时各类建筑的要求采取抗震构造措施。例题[2-1]已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示，试确定该场地的类别

因为地表下7.5m以下土层的=520m/s>500m/s,故=7.5m(1)确定覆盖层厚度[解](2)计算等效剪切波速，按式（2-2）有

查表得，位于250～500m/s之间，且故属于Ⅱ类场地>5m,

五、场地选择《建筑抗震规范》规定在选择建筑场地时，宜尽量选择对结构抗震有利的地段；慎重使用建筑抗震一般地段；尽可能避开对结构抗震不利的地段；除非特殊需要，不得在抗震危险地段上建造工程结构。《建筑抗震规范》将建筑场地划分为对建筑物抗震有利、一般地段、不利和危险的地段。如教材表2.6所示。一、地基可不验算范围2.4地基基础抗震验算地基：建筑物基础下面受力层范围内的土层。定义

我国《抗规》对于量大面广的一般性地基和基础不做抗震验算，而对于容易产生地基基础震害的液化地基、软土地基和严重不均匀地基，则规定了相应的抗震措施，以避免和减轻震害。＊一般土地基：建造于一般土质天然地基上的房屋遭遇地震时，极少有因地基强度不足或较大沉陷导致的上部结构破坏。可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的地基：4）砌体房屋（1）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）一般的单层厂房和单层空旷房屋；

2）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架抗震墙房屋；

3）基础荷载与2）项相当的多层框架厂房。（2）规范中规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。＊松软土地基和不均匀地基饱和的淤泥和淤泥质土冲填土和杂填土不均匀地基土不能不加处理地直接用作建筑物的天然地基在地震区＊液化地基在地震区必须进行液化判别二、

地基土抗震承载力天然地基抗震验算时，地基土的抗震承载力按下式计算：

——调整后的地基土抗震承载力；——地基土抗震调整系数，按下表采用；——深宽修正后的地基土静承载力特征值，按现行《建筑地基基础设计规范》采用岩土名称和性状岩石，密实的碎石土，密实的砾，粗、中砂，≥300kpa的粘性土和粉土

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，150kpa≤<300kpa的粘性土和粉土，坚硬黄土

1.3稍密的细、粉砂，100kpa≤<150kpa的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土，可塑黄土

1.1淤泥、淤泥质土，松散的砂、填土，新近堆积黄土及流塑黄土

1.0三、

天然地基抗震验算

步骤：1.根据静力设计的要求确定基础尺寸对地基进行强度和沉降量的核算2.地基抗震强度验算：（荷载组合；基础底面的压力取为直线分布）基础底面地震作用效应标准组合的平均压力值基础边缘地震作用效应标准组合的最大压力值返回目录2.5地基土液化及其防治

饱和松散的砂土或粉土（不含黄土），地震时易发生液化现象，地基承载力丧失或减弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。1964年美国Alaska和日本新澙地震中大量出现。2.5.1地基土液化及其危害定义：砂土液化（地基土液化）液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水

唐山地震时，严重液化地区喷水高度可达8米，厂房沉降可达1米。天津地震时，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可达5立方米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。砂土液化机理地震饱和砂土、粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移颗粒结构趋于压密颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压孔隙水压力急剧增加孔隙水压力=土颗粒所受到的总的正压应力土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失砂土液化的危害使土体的抗震强度丧失，引起地基不均匀沉陷,引发建筑物的破坏甚至倒塌土颗粒处于悬浮状态形成液化现象彰化县社头乡三幢三层楼透天住宅，中间一幢有地下室，前后二幢皆无，液化使前后两幢相对下沉40～70cm南投埔里镇民富一街路面因土壤液化而导致开裂及下陷砂土液化的危害(图)图发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。南投市公所社会科办公大楼前之大草坪产生土壤液化情形砂土液化的危害(图)液化喷沙现象图发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。2.5.2液化的判别1.初步判别；＊初步判别以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件（1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前时，7、8度可判为不液化；（2）当粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒)含量百分率在烈度为7、8和9度时分别大于10、13和16可判为不液化；两大步骤：2.标准贯入试验判别（3）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下列条件之一时，可不考虑液化影响。——地下水位深度（m），按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用——液化土特征深度，按右表采用——上覆非液化土层厚度（m），计算时应注意将淤泥和淤泥质土层扣除——基础埋置深度（m），小于2m时应采用2m9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别上面判别式（db=2)亦可用右图表示：db>2时，在du、dw中减去（db-2)后再查图确定。＊标准贯入试验判别初判条件均不能满足时，地基土存在液化可能采用标准贯入试验进一步判别其是否液化标准贯入试验设备：由穿心锤、触探杆、贯入器等组成试验时，先钻至测试土层标高以上15cm，再将贯入器放至该土层处，在锤落距为76cm的条件下，连续打入土层30cm，所得锤击数为

——适用于一般情况——适用于桩基或深基础N63.5＜Ncr时，应判为液化土，否则为不液化土烈度7度8度9度基准值7（0.1）12（0.2）19基准值10（0.15）16（0.3）表2-9标准贯入锤击数基准值式中——液化判别标准贯入锤击数下限值；

——液化判别标准锤击数基准值，按教材表2-9采用；

——饱和土标准贯入点深度（m）；

——土体粘粒含量百分率，当

(%)小于3或为砂土时，取＝3。2.5.3液化地基的评价地基液化指数——判别深度范围内标准贯入试验点的总数、——为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当＞时，应取

——i点所代表的土层厚度（m）

——第i层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。液化等级与相应的震害液化等级

地面喷水冒砂情况

对建筑物的危害情况轻微地面无喷水冒砂，或仅在洼地、诃边有零星的喷水冒砂点危害性小，一般不致引起明显的震害中等喷水冒砂可能性大，从轻微到严重均有，多数属中等危害性较大，可造成不均匀沉陷和开裂，有时不均匀沉陷可达200mm严重一般喷水冒砂都很严重，地面变形很明显危害性大，不均匀沉陷可能大于200mm，高重心结构可能产生不允许的倾斜判别液化指标

严重

中等

轻微

液化等级由液化指数，按下表确定液化等级某工程按8度设防，其工程地质年代属Q4，钻孔资料自上向下为：砂土层至2.1m，砂砾层至4.4m，细砂至8.0m，粉质粘土层至15m；砂土层及细砂层粘粒含量均低于8％；地下水位深度1.0m；基础埋深1.5m；设计地震场地分组属于第一组。试验结果如表2-9，试对该工程场地液化可能作出评价。[例2-2][解](1)初判Q4;du=0

;

故均不满足不液化条件，需进一步判别;;(2)标准贯入试验判别式中N0=10（8度、第一组），dw=1.0，题中已给出各标准贯点所代表土层厚度，计算结果见表2-9，可见4点为不液化土层；1)按式计算

2）计算层位影响函数，例如第一点，地下水位为1.0m，故上界为1.0m，土层厚1.1m，故第二点，上界为砂砾层层底深4.4m，代表土层厚1.1m，故，余类推。(3)按式最终给出ILE=12.16，据下表2-7，液化等级为中等。计算各层液化指数，结果见下表判别深度20m时的液化指标判别深度15m时的液化指标

严重

中等

轻微

液化等级2.5.4液化地基的抗震措施建筑类别地基的液化等级轻微中等严重乙类部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构进行处理全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构进行处理全部消除液化沉陷丙类对基础和上部结构进行处