第2章场地与地基

Tel-mail:gyhlhl@163.comQQ:329953890管友海中国石油大学（华东）储建学院土木工程系

结构抗震专题研讨（一）建房如何选择宅基地？32.1场地划分与场地区划

建筑物震害除与地震类型、结构类型等有关外，还与其下卧层的构成、覆盖层厚度密切相关：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。第二章场地与地基42.1.1场地的地震效应场地土对于从基岩传来的地震波具有放大和滤波作用：在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉。建筑物的固有周期与地震动的卓越周期相接近时震害加重。地震动的卓越周期：地震波中，振幅谱幅值最大的频率分量所对应的周期。坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。多层土的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、岩土阻抗比。52.1.1覆盖层厚度《抗震规范》第4.1.4条规定：

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500m／s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剪切波速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。

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场地覆盖层厚度的影响

震害一般随场地覆盖层厚度的增加而加重；房屋的破坏率随着场地覆盖层厚度的增加而升高，覆盖层厚度超出一定范围后破坏率变化不大。【震害实例】

1923年日本关东大地震中，木结构房屋的破坏率明显随着冲积层厚度的增加而加重；

1967年委内瑞拉地震，同一地区不同覆盖层上的震害明显差异，9～12层的房屋在冲积层上的破坏率高；

1976年唐山地震时，市区西南部基岩深度达500～800m，房屋倒塌率近100％，而市区东北部大城山一带，则因覆盖层较薄，多数厂房（如422水泥厂、唐山钢厂、建筑陶瓷厂等）虽然也位于极震区，但房屋倒塌率仅为50％。7

场地影响的最典型实例——墨西哥地震

1985.9.19墨西哥地震，M＝8.1，震源位于海底40km，墨西哥城距震中400km，严重的震害主要集中在高层建筑（包括一些钢结构房屋）和长周期结构，而低层砌体和填充墙框架的破坏较轻。

软土场地的卓越周期与十几层的高层建筑的自振周期比较接近，从而出现共振现象，使数百栋高层建筑遭到严重破坏或倒塌。

软土上摩擦桩的损坏。此次地震中不少磨擦桩产生突然的不均匀沉降与倾斜、甚至倾覆。【概况】【原因】8图2-2湖泊沉积层(1-3)和基岩(4-6)加速度反应谱图2-3房屋毁坏92.1.3场地的类别《抗震规范》第4.1.6条规定：

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2-1划分为四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表2-1所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。10岩石的剪切波速或土的等效剪切波速(m/s)场

地

类

别Ⅰ0Ⅰ1ⅡⅢⅣυS＞8000800≥υS＞5000500≥υS＞250＜5≥5250≥υS＞150＜33～50＞50υS≤150＜33～1515～50＞80表2-1各类建筑场地的覆盖层厚度(m)11式中：υse——土层等效剪切波速(m/s)；

d0——计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值；

t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间；

di——计算深度范围内第i土层的厚度(m)；

υsei—一计算深度范围内第i土层的剪切波速(m／s)；

n——计算深度范围内土层的分层数。12土的类型岩土名称和性状土层剪切波速范围(m/s)岩石坚硬、较硬且完整的岩石υS＞800坚硬土或软质岩石破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石土800≥υS＞500中硬土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，fak>150的黏性土和粉土，坚硬黄土500≥υS＞250中软土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，fak≤150的黏性土和粉土，fak＞130的填土，可塑新黄土250≥υS＞150软弱土淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和粉土，fak≤130的填土，流塑黄土υS≤150

对丁类建筑及丙类建筑中层数不超过10层、高度不超过24m的多层建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表2-2划分土的类型，再利用当地经验在表2-2的剪切波速范围内估算各土层的剪切波速。

表2-2土的类型划分和剪切波速范围13

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15

162.1.4场地区划与综合评价场地区划的基本方法与过程是：(1)收集城区范围内的工程地质、水文地质、地震地质资料；(2)依据上述资料做出所考虑区域的控制剖面图，视具体情况适当补充进行工程地质勘探和剪切波速测试工作；(3)按照钻孔地质资料统计，给出不同类别土的剪切波速随深度变化的经验关系；(4)依据控制剖面图和剪切波速经验关系，计算控制点的浅层岩土（地表下20m）等效剪切波速，并决定各控制点覆盖层厚度；(5)根据等效剪切波速和覆盖层厚度对城区范围内的场地做出小区划分。17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《抗震规范》第3.3.1条规定：选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。表2-3有利、一般、不利和危险地段的划分18

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：对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：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，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。__200m400m

专门研究9__100m200m

专门研究8

丁

丙

乙

甲建筑抗震设防类别烈度表2-4发震断裂的最小避让距离(m)19地段选择1.选择有利地段；2.避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；3.不在危险地段建设。局部突出地形的影响1994年云南昭通地震，芦家湾某村坐落于山梁上，山梁长150m，顶部最宽15m，最窄5m，高60m.距震中18km。突出端部的最大加速度为0.632g,鞍部为0.257g，大山根部为0.431g。烈度为9度烈度为8度烈度为7度202.2地基抗震验算

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，因此确保地震时地基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形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。一、天然地基的震害特点1.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；2.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；3.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。21二.天然地基的抗震措施1.软弱粘性土地基采用桩基，地基加固；2.杂填土地基换土夯实；地基加固；3.不均匀地基综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、地基抗震措施。地基加固处理方法换土垫层法重锤夯实法挤密桩法沉井预压法22三、地基基础抗震设计1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2)同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应措施。3)地基为软弱黏性土、液化土、新近填土成严重不均匀土时，应根据地震时地基不均匀沉降和其他不利影响，采取相应的措施。

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。1.地基基础抗震设计的一般要求232.可不进行地基基础抗震验算的范围《抗震规范》第4.2.1条规定：下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：

1）《抗震规范》规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。

2）地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑：（1)-般的单层厂房和单层空旷房屋；（2)砌体房屋；（3)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；（4)基础荷载与（3）项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。24式中faE---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fa-----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》GB50007采用2.2.2地基土抗震承载力专题研讨（二）地基抗震承载力调整系数应该>1还是<1?为什么地基的抗震承载力大于静承载力？如何修正地基承载力特征值？26式中faE---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fa-----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》GB50007采用1.0淤泥，淤泥质土，松散的砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土1.1稍密的细、粉砂，lOOkPa≤fak＜150kPa的黏性土和粉土，可塑黄土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，150kPa≤，fak＜300kPa的黏性土和粉土，坚硬黄土1.5岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak≥300的黏性土和粉土

岩土名称和性状表2-5地基土抗震承载力调整系数2.2.2地基土抗震承载力27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：1）地震作用下只考虑地基土的弹性变形而不考虑永久变形2）多数土在有限次的动载下强度较静载下较高。2.2.2地基土抗震承载力282.2.3地基抗震验算采用“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式中p----基础底面平均压力（kPa)pmax—基础底面边缘最大压力(kPa)faE---地基土抗震允许承载力

高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现脱离区（零应力区）；其他建筑，基础底面与地基土之间脱离区（零应力区）面积不应超过基础底面面积的15%。292.3地基土液化及其防治一.场地土的液化现象与震害

地震时，饱和砂土和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，因而使孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与土颗粒所受到的总的正压应力接近或相等时，土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒便形同“液体”一样处于悬浮状态，形成所谓液化现象。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。30液化使建筑物产生下列震害：1.地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜；2.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形变化处开裂；3.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因素：1.土层的地质年代；2.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；4.地震烈度和地震持续时间。31二.液化判别与危害程度估计1、液化判别和处理的一般原则：

《抗震规范》第4.3.1条规定：饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理，7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。

《抗震规范》第4.3.2条规定：地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。

地基土液化判别过程可以分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。32332、液化判别和危害性估计方法

对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按以下步骤进行：1）初判

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。

饱和的砂土或粉土（不含黄土）)当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可以不考虑液化影响：(1)地质年代为第四纪晚更新世(Q3)及其以前且设防烈度为7、8度时可判为不液化。(2)粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率（%），当烈度为7度、8度、9度时分别大于10、13、16时，可判为不液化。34（3）浅埋天然地基的建筑，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：---上覆非液化土层厚度（m)，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；---基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m；---地下水位深度（m)，宜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（m)，按右表采用。9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别35---上覆非液化土层厚度；---基础埋置深度(m)；---地下水位深度（m)；---液化土特征深度(m).上面判别式（db=2)亦可用下图表示：1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区粉土7度9度8度7度8度9度db>2时，在du、dw中减去（db-2)后再查图确定。36查液化土特征深度表解：按判别式确定9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。例

图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m

其下为沙土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,

该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m37例

图示为某场地地基剖面图上覆非液化土层厚度du=5.5m

其下为沙土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2.5m,

该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。解：按土层液化判别图确定

需要进一步判别是否考虑液化影响。dw=6mdu=5.5mdb=2.5m1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度382）细判采用标准贯入试验判别

钻孔至试验土层上15cm处,用63.5公斤穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入30cm所用的锤击数记作N63.5，称为标贯击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会液化。1---穿心锤2---锤垫3---触探杆4---贯入器头5---出水孔6---贯入器身7---贯入器靴39规范规定当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时，判为液化，否则判为不液化。---地下水位深度（m)---饱和土标准贯入试验点深度（m)---液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。---粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。

设计基本地震加速度(g)0.100.150.200.300.40液化判别标准贯人锤击数基准值710121619403.液化场地危害程度的确定采用土层柱状液化等级判定。---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；---分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时取临界值的取值；---第i点所代表的土层厚度（m)；可采用与该标准贯入点相邻的上、下两标准贯入点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度。---i土层单位土层厚度的层位影响权函数值。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。液化指数41由液化指数，按下表确定液化等级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液化等级轻微中等严重液化指数IlE0＜IlE≤66＜IlE≤18IlE＞1842专题研讨（三）何谓沙土液化？影响土层液化的主要因素是什么？如何进行地基土液化判别?上台讲解【例2-2】。44【例2-2】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，细砂层至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