液化与基础抗震设计

第4讲液化与基础抗震设计2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计2地基基础抗震天然地基的震害特点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；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；沟、坑、古河道、坡地办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。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计3地基基础抗震一般要求同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上;同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基；地基有软弱粘性土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；根据具体情况，选择对抗震有利的基础类型，在抗震验算时应尽量考虑结构、基础和地基的相互作用影响，使之能反映地基基础在不同阶段上的工作状态。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计4地基基础抗震抗震验算范围砌体房屋；下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：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25m以下的一般民用框架房屋；(3)基础荷载与(2)项相当的多层框架厂房。规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计5地基基础抗震天然地基基础抗震验算采用“拟静力法”进行验算。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：aEfpaEfp2.1max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面面积的15%。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计6地基基础抗震地基土抗震承载力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：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；多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计7地基基础抗震地基土抗震承载力aaaEff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a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稍密的细、粉砂，的粘性土和粉土，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，的粘性土和粉土，坚硬黄土1.5岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土岩土名称和性状kPa300kfkPa300kPa150akfkPa150kPa100kfa地基土抗震承载力调整系数1.12019/12/16第4讲液化与基础抗震设计8场地土液化液化现象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。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计9场地土液化液化现象唐山地震时，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。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、滑移，造成桥梁破坏，等等。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计10场地土液化液化危害液化使建筑物产生下列震害：地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；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；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：土层的地质年代；土层的土粒的组成和密实程度；砂土层埋置深度和地下水位深度；地震烈度和地震持续时间。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计11场地土液化液化判别液化判别和处理的一般原则：对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。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。2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计12场地土液化判别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：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。（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7、8和9度时分别大于10、13和16可判为不液化；2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计13场地土液化判别方法（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。20buddd30bwddd5.425.10bwuddddud---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；bd---基础埋置深度(m),不超过2m时采用2m；wd---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；0d---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2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计1420buddd30bwddd5.425.10bwuddddudbdwd0d---上覆非液化土层厚度（m)；---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：db2时，在du、dw中减去（db-2)后再查图确定。砂土1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区du(m)7度8度9度1234567891012345678910dw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区粉土du(m)7度9度8度2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计15查液化土特征深度表例1图示为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。解：按判别式确定5.425.10bwudddd9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别结论：需要考虑液化影响。dw=6mmd80mddb5.115.425.10mddwu5.112019/12/16第4讲液化与基础抗震设计16例1图示为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂土，地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=2m,该场地为8度区。确定是否考虑液化影响。dw=6m解：按土层液化判别图确定结论：需要考虑液化影响。1234567891012345678910)(mdudw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度du=5.5mdw=6m2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计17md80查液化土特征深度表解：按判别式确定5.425.10bwudddd9m8m7m砂土8m7m6m粉土987烈度饱和土类别mddb5.125.425.10mddwu5.11结论：不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。例2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=6m2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计18例2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=6m解：按土层液化判别图确定结论：需要进一步判别是否考虑液化影响。mddbu5)2(mddbw5.5)2(1234567891012345678910)(mdudw(m)不考虑液化影响区须进一步判别区砂土7度8度9度2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计19场地土液化判别方法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2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计20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。)15(/3)](1.09.0[0mdddNNscwscr)2015(/3)1.04.2(0mddNNscwcrwd---地下水位深度（m)sd---饱和土标准贯入试验点深度（m)0N---液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。c---粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15和0.3g的地区12(15)---8（10)第二、三组1610(13)6（8）第一组987设计地震分组烈度2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计21液化场地危害程度采用土层柱状液化等级判定。n---判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；criiNN,---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；id---第i点所代表的土层厚度（m)；iW---第i层考虑单位土层厚度的层位影响权系数。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,5—15m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，5—20m时应按线性内插值法取值。)(m1iicriinilEWdNNI)1(1液化指数2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计22液化场地危害程度由液化指数，按下表确定液化等级判别深度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50lEI60lEI155lEI186lEI15lEI18lEI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2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计23抗液化措施当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施地基和上部结构处理，或其它经济的措施可不采取措施可不采取措施丁类全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理基础和上部结构处理，或更高要求的措施基础和上部结构处理，亦可不采取措施丙类全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对地基和上部结构处理部分消除液化沉陷，或对地基和上部结构处理乙类严重中等轻微地基的液化等级建筑类别2019/12/16第4讲液化与基础抗震设计24①采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度