地基基础的抗震-补充..

场地、地基与基础的抗震基础工程河海大学安全与防护工程研究所2008年5月12日14时28分,四川汶川县发生8·0级地震,全国大半地区均有明显震感。地震震中烈度达11度，震源位于映秀深度33公里。此次地震共死亡约8万人，直接经济损失据不完全统计达8000多亿元。汶川地震地震引起房屋倒塌(台中石岗)台湾921大地震521汶川大地震紫平铺大坝2011年3月11日14时46分,日本本州东岸远海发生9·0级地震,地震引起近10米的海啸。。到3月11日此次地震共死亡12985人，直接经济损惨重。日本地震日本地震海啸与核污染欧亚板块太平洋板块非洲板块澳洲板块美洲板块南极洲板块构造地震成因按地震序列分类：地震时弹性应变能，以波的形式释放扩散，经多次反射、折射形成持续过程，加之断裂错位不是瞬间完成的，故在一定时间内（几十天或数月）相继发生在相邻地区的。一系列大小地震称为地震序列。在一个地震序列中，最大的一次地震称为主震。主震之前发生的地震称为前震。主震之后发生的地震称为余震。主震型地震：在一个地震序列中，若主震震级很突出，其释放的能量占全序列中的绝大部分，叫主震型地震。这是一种常见的破坏性地震类型。地震的类型和成因震群型或多发型地震：在一个地震序列中，若主震震级不突出，主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的。孤立型或单发型地震：在一个地震序列中，若前震和余震都很少，甚至没有，绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的。三种类型地震中：主震型地震约占60%，多发型地震约占30%，单发型地震约占10%。地震序列的认识和判别对预报地震和预防地震都很重要。二、地震的类型和成因地震常用术语地表建筑物震中距震源距震中震源极震区震源深度术语解释图震源：地层构造运动中，发生岩层断裂、错动的地方。震中：震源正上方的地面位置。震中距：建筑物到震中之间的距离。震源距：建筑物到震源之间的距离。地震波、震级和烈度地震波由震源释放出来的地震能量是以波的形式向四周的地面传播的，这种波称为地震波。在地壳内部传播的地震波称为体波，在地面附近传播的波称为面波。体波根据质点运动的方向不同，又可分为纵波和横波。波长质点振动方向波前进方向（a）纵波体波质点振动形式波前进方向质点振动方向（b）横波地震波、震级和烈度纵波：质点运动方向与波传播方向相同，又称压缩波。特点：周期较短，振幅较小横波：质点运动方向与波传播方向垂直，又称剪切波。特点：周期较长，振幅较大纵波波速为：)21)(1()1(pEVGEV)1(2s横波波速为：式中E——介质的弹性模量；G——介质的剪切模量；——介质的密度；——介质的泊松比。一般情况下，可以取泊松比＝0.22，则：Vp=1.67Vs纵波先于横波到达地面。通常，纵波称为P波(即压缩波)，横波称为S波(即剪切波)。地震波地震波、震级和烈度波形传播范围简称特征介质质点的振动方向地面振动方向波速大小纵波土体内P波压缩波与波的传播方向一致垂直振动快横波土体内S波剪切波与波的传播方向垂直水平振动中面波地表L波次生波与波的传播方向垂直比较复杂慢地震烈度地震烈度是指某一次地震时,某一地区震动的强烈程度。衡量标准我国根据震害指数、地表破坏程度及地面运动加速度指标将地震烈度分为12度，并颁布了中国地震烈度表（1999年）（表1－2）根据我国153个等震线资料统计，烈度II=0.92+1.32M-3.49lgRR震中距基本烈度基本烈度是指某地区在50年期限内，一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的最大地震烈度值地震预警原理地震波包括纵波(p波)和横波(s波)。纵波的速度快但破坏性小,横波的速度慢但破坏力大。地震预警系统，就是在一定地域布设相对密集（例如，台站间距15公里）的地震观测台网，在地震发生时，利用地震波与无线电波或计算机网络传播的速度差，在破坏性地震波(横波或面波)到达之前给预警目标发出警告，以达到减少地震灾害和地震次生灾害的技术。地震预警的关键是利用地震波的前几秒的数据准确估计震级、震中位置以及快速估计地震对预警目标的影响等。日本和墨西哥已建成了向公众发布预警信息的地震预警系统，也有其他国家和地区在试验地震预警系统。目前，国内外有众多单位在研究地震预警系统。地震预警系统地震预警示意图地震预警系统地震预警成都高新减灾研究所地震预警系统成都高新减灾研究所抗震设防是指对建筑物进行抗震验算和采取抗震构造措施，以达到抗震的效果。抗震设防的依据是抗震设防烈度.抗震设防烈度是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，一般情况下，抗震设防烈度采用国家地震局批准的地震烈度区划图所规定的基本烈度，必要时可以根据具体情况作适当调整。如南京抗震设防烈度为7度。建筑设计时，应根据建筑的重要性不同，采取不同的抗震设防标准，《建筑抗震设计规范》将建筑按其重要性不同，划分为以下四类:甲类建筑—特殊要求的建筑，如遇地震破坏会导致严重后果（如放射性物质的污染、剧毒气体的扩散和爆炸等）和经济上的重大损失的建筑；政治上有特殊要求的建筑或其它特别重要的建筑等。如人民大会堂等1.建筑物重要性分类抗震设计基本原则乙类建筑—国家重点抗震城市的生命线工程的建筑（如消防、急救、供水、供电等）或其它重要建筑。如医院、消防、供电等建筑。1.建筑物重要性分类甲类建筑应按国家规定的批准权限批准执行；乙类建筑应按城市抗灾救灾规划或有关部门批准执行。丙类建筑—甲、乙、丁类以外的建筑。如一般工业与民用建筑（公共建筑、住宅、旅馆、厂房等）。丁类建筑—次要建筑，如遇地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑（如一般仓库、人员较少的辅助性建筑）。抗震设防的内容包括进行地震作用计算和采用抗震构造措施两部分，以达到抗震的效果具体要求如下:地震作用计算构造措施甲类建筑用动参数进行动力分析采取特殊构造措施乙类建筑按设防烈度进行计算按设防烈度+1°考虑丙类建筑按设防烈度进行计算按设防烈度考虑丁类建筑按设防烈度进行计算按设防烈度-1°，且≥6°考虑2.抗震设防内容场地场地是指工程群体所在地，在平面上大体相当于一个厂区、居民点或自然村的范围。同一类场地应具有相近的反应谱特征。场地、地基和基础地基地基是指建筑物范围内的那部分场地。基础基础是指直接与地基接触并向其传递荷载的建筑物的下部承重结构。一、场地有利地段：指坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等地段；不利地段，一般指软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基）等地段；危险地段，一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位等地段。1、地段类别建筑物选址时，宜选择有利的地段；避开不利地段，无法避开时应采取相应的抗震措施；不在危险地段建造建筑。我国规范把建筑场地划分为三种地段，从宏观上指导设计人员合理选择场地，达到减轻震害，减小工程投资的目的。汶川大地震发生后，彭州一栋新建教学楼基础被整体抬高近3米，楼体依然屹立原地不倒。最牛教学楼地震引起大坝破坏(台中石岗)发震断裂带上震害及其避让一般工业与民用建筑应避开发震断裂带200－300m。图2.2地理位置的放大作用图2.3软土地基上房屋的震害右图中实线A表示地基土为第三系风化基岩，虚线B表示地基土为较坚硬的粘土。地段的影响图2.1房屋震害指数与局部地形的关系曲线2、场地土的类型和场地类别的划分1）影响建筑物震害的场地因素大量震害表明：不同场地上的建筑物的震害是不一样的，其主要影响因素是场地土的刚性（即坚硬或密实程度，一般用土的剪切波速表示）大小和场地覆盖层的厚度（地面至剪切波速大于500m/s的土层或坚硬土顶面的距离）。软弱地基：对长周期成分放大，对短周期滤波，柔性结构易破坏；坚硬地基：对短周期成分放大，对长周期滤波，柔性结构表现较好，刚性结构表现不一。B.场地覆盖层的厚度A.场地土的刚度图2.4同一地震下湖泊基床（1-3）和基岩4-6）加速度对比（1-3）为覆盖层较厚的基床（4-6）为基岩。可以看出，由于老湖泊基床沉积层使得这些峰值加速度增大了5倍。场地对地震的影响1967年委内瑞拉加拉加斯6.4级地震时，同一地区不同覆盖层厚度土层上的震害有明显差异，特别是9至12层房屋在厚的冲积土层上房屋破坏率要高得多。图2.5房屋破坏率与覆盖土层厚度的关系土质愈软，覆盖层愈厚，建筑物震害愈严重；反之愈轻。表11985年墨西哥地震市区不同场地土的地震动参数软土②（古湖床）场地土类别地震动卓越周期（s）水平地震动参数结构（5%阻尼比）最大反应加速度（g）加速度（g）速度（cm/s）位移（cm）岩石＜0.50.03960.12硬土≤1.00.041090.10软硬土过渡区1.00.111270.16软土①（古湖床）2.00.2061211.023.0～4.00.1440220.432）场地土类型和覆盖层厚度场地土是指场地范围内的地基土，平面上大致相当于一个厂区或自然村的大小，深度一般为地面下15米。场地土的类型一般根据土层剪切波速按下表划分场地土的类别土层剪切波速(m/s)坚硬场地土Vs＞500中硬场地土500≥Vse＞250中软场地土250≥Vse＞140软弱场地土140≥Vse表中：Vs为土层剪切波速；Vse为土层等效剪切波速。土层等效剪切波速土层等效剪切波速：确定原则，剪切波从地面至计算深度各层土中传播时间相等。有：nisiiseVdVd1故：nisiiseVddV1式中d为计算深度：其值取地面下20米且不深于场地覆盖层厚度。覆盖层厚度是指地面至坚硬土顶面的距离，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，且该层以下下卧岩土剪切波速不小于400m/s时可按该层土顶面到地面距离作为场地覆盖层厚度。Vs2VsnVs1d1d2didndVsed自然地面自然地面(a)原来土层(b)折算土层Vsi土层等效剪切波速的测定对丙、丁类建筑，当无实测剪切波速资料时，亦可根据岩土状态按下表划分土的类型，并按下列原则确定场地土类型：土的类型土的类型数码岩土名称和性状坚硬土1稳定岩石，密实的碎石土中硬土2中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，地基土静承载力标准值大于200KPa的粘性土和粉土中软土3稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，地基土静承载力标准值小于200KPa的粘性土和粉土，大于130KPa的填土软弱土4淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，地基土静承载力标准值小于130KPa的填土当为多层土时，场地土类型可根据地面下20米且不深于场地覆盖层厚度范围内土层类型和厚度加权平均综合评定。3、建筑场地类别建筑场地的类别按场地土的类型和场地覆盖层厚度划分为四类，详见下表：场地覆盖层厚度场地土类型场地土类别ⅠⅡⅢⅥ坚硬5000中硬250-500＜55中软140-250＜33--5050软弱33--1515--8080140Vse例题例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土200632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型：tdvse/0m/s3577.146130/5.10170/5.92010nisiivdd查表：属于中软土（2）确定覆盖层厚度md630（3）查表确定建筑场地类别属于Ⅲ类场地二、天然地基和基础抗震验算1、天然地基的抗震能力（1）砌体房屋；建造在天然地基上的以下建筑，多数按地基静力承载力设计的地基能满足抗震要求。规范规定可以不进行地基抗震承载力验算的建筑：（2）地基主要受力层范围内不存在软弱性土层的一般单层厂房、单层空旷房屋和多层民用框架房屋（不超过8层高度在25m以下）及与其基础荷载相当的多层框架厂房；（3）7度和8度时，高度不超过