基础工程-第八章

基础工程南京工程学院建筑工程学院第八章地基基础抗震§8.1概述§8.2地基基础的震害现象§8.3地基基础抗震设计§8.4液化判别与抗震措施8.1概述一、地震的概念地震定义：由内力地质作用和外力地质作用引起的地壳振动现象的总称。我国地震灾害极为严重，原因有三:(1)地震活动区域的分布范围广。基本烈度在7度和7度以上地区的面积达312万km2，占全部国土面积32.5%，如果包括6度的地震区，则达到60%。(2)地震的震源浅。我国地震总数的2/3发生在大陆地区，这些地震绝大多数属于二三十公里深的浅源地震，因此地面振动的强度大，对建筑物的破坏比较严重。(3)地震区内的大中城市数量多。我国三百多个城市中有一半位于基本烈度为7度或7度以上的地区。特别是一批重要城市，像北京、银川、西安、兰州、太原、拉萨、呼和浩特、乌鲁木齐、包头、汕头、海口等城市都位于基本烈度为8度的高烈度地震区。世界上发生过的大地震汶川地震2008.5.12，14：28，四川省汶川县发生里氏8.0级强烈地震，死69197人，失踪18222人，伤374176人，直接经济损失约8451亿元。震区房屋大面积倒塌、交通、通讯中断数千万人无家可归。地震诱发严重的次生地质灾害。震源：发生地震的部位。震中：震源在地面的投影。震中距：地面上某一点到震中的距离。震源深度：震源到震中距离。深度60km，浅源地震；占地震总数的72.5%。地震波的传播体波：在地球内传播纵波：又称压缩波或P波，破坏力小，速度快横波：又称剪切波或S波，破坏力大，速度慢面波：在只限于在地球表面传播，由体波反射所形成的次生波。振幅大，破坏力大瑞利波：又称R波，在地表作椭圆运动乐甫波：又称L波，在地表作蛇行摆动传播速度：纵波横波面波面波x:向x方向传播y:在xy平面内蛇形摆动z:z方向无振动x:向x方向传播y:y方向无振动z:在xz平面内滚动二、震级和烈度M:震级A:标准地震仪在距震中100km处记录的以微米为单位记录的最大水平地动位移。震级：表示地震本身强度大小的等级,是衡量震源释放能量大小的一种量度。里希特（Richter)—里氏M2:无感地震2M4:有感地震M5：破坏性地震M7：强烈地震一般1M8.5，震级增加一级能量增加30倍左右。烈度：是指发生地震时地面及建筑物震影响的程度。烈度大小：12度（中国）•比震中烈度低一度：近震•比震中烈度低2度及以上：远震与震级震源深度等有关震中距场地岩土情况地震烈度表烈度分类基本烈度：一个地区今后一定时期内，一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。目前我国基本上取50年超越概率为10％的烈度值作为基本烈度。多遇与罕遇烈度：多遇地震烈度是指设计基准期50年内超越概率为63.2%的地震烈度，亦称众值烈度。罕遇地震烈度是指设计基准期50年内超越概率为2%-3%的地震烈度。抗震设防烈度：一个地区作为抗震设防依据的烈度。设计烈度：各类不同建筑物抗震设计所采用的烈度。•甲类构造物：专门设计，采用特殊抗震措施。•乙类构造物：烈度提高一度•丙类构造物：按设防烈度•丁类构造物：降低一度（6度时不降）一般6度以下可不进行地震作用计算。地基震害的主要形式8.2地基基础的震害现象一、地震的震害1.震陷2.地基土液化3.地震滑坡二、建筑基础的震害1.沉降、不均匀沉降和倾斜2.水平位移3.受拉破坏砂土液化山体崩塌泥石流地裂一、抗震设计的任务地基基础抗震设计的任务是研究地震中地基和基础的稳定性和变形，包括地基的地震承载力验算，地基液化可能性判别和液化等级的划分，震陷分析，合理的基础结构形式以及为保证地基基础能有效工作所必须采取的抗震措施等内容。《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）将建筑物按使用功能的重要性和破坏后果的严重性分为如下四个抗震设防类别：（1）特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。（2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。（3）标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。（4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。8.3地基基础抗震设计建筑物抗震设防标准二、抗震设计的目标和方法1.抗震设计的目标“三个水准”：小震不坏、中震可修、大震不倒“两阶段设计步骤”：第一阶段：承载力验算第二阶段：弹塑性变形验算上述设防原则和设计方法可简短地表述为“三水准设防，两阶段设计”2.地基基础的概念性设计结构的抗震设计包括计算设计和概念设计两个方面。概念设计是指从宏观上对建筑结构作合理的选型、规划和布置，选用合格的材料，采取有效的构造措施等。由于地震动的不确定性和结构在地震作用下的响应和破坏机理的复杂性，“计算设计”很难全面有效地保证结构的抗震性能，因而必须强调良好的“概念设计”。场地的选择、处理、地基与上部结构动力相互作用的考虑以及地基基础类型的选择等都是概念设计的重要方面。场地土的类型淤泥和淤泥质土，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，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)岩土名称和性状土的类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akfakf---地基土静承载力标准值三、场地选择1.场地类别划分场地类别场地覆盖层厚度的确定：1.一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面；2.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倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧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。~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型tdvse/0土层的等效剪切波速siinivdt/1sev0dtidsivn----土层的等效剪切波速----计算深度（m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值----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i土层的厚度(m)----计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s)----计算深度范围内土层的分层数场地类别~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型例：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淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和粉土，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,的黏性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的黏性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)岩土名称和性状土的类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akf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~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型（2）确定覆盖层厚度md630（3）确定建筑场地类别属于中软土属于Ⅲ类场地工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”地段划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段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错位的部位2.场地选择水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。山坡地在地震时会产生土壤滑动用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。临近悬崖，容易滑落谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。萨尔瓦多地震引发了泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难地裂地段选择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度局部突出地形的影响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。1局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数---局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数---局部突出地形地震动参数的增大幅度---附加调整系数H1LL0.60.50.40.30.50.40.30.20.40.30.20.10.30.20.10岩质地层非岩质地层3.0/LH6.0/3.0LH0.1/6.0LH5H20H155H2515H25H4020H6040H60H0.1/LH突出地形的高度(m)局部突出台地边缘的侧向平均坡降(H/L)局部突出地形地震影响系数的增大幅度0.30.61.05.2/1HL5/5.21HL5/1HL发震断裂的影响与地下断裂构造直接相关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，浅源地震多与断裂活动有关。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，属于地震危险地段。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：①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，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