第2章场地和地基课件.ppt

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1、第二章 场地、地基和基础,2.1 概述,一、地震的破坏作用,要正确地进行抗震设计，必须对建筑的震害有所了解。虽然迄今为止有很多地震的破坏现象还不能科学地加以解释和防止，但是从震害中吸取经验教训，减少设计错误，一直是改善建筑结构抗震设计的主要方法。,根据以往震害经验，导致建筑破坏的直接原因分以下三种：,1、地面变形：由于地震引起建筑所在场地产生滑坡、地陷、地裂或错位等地面大变形，对其上部建筑物形成直接危害造成建筑物的破坏。,2、地基失效：地震引起建筑场地的沙土液化、软土震陷等造成地基失效，致使上部建筑发生破坏。,3、建筑振动：在地震地面运动的激发下，建筑物产生剧烈的振动，在振动过程中，由于结构的

2、强度不足、变形过大、接连不牢、构件失稳或整体倾覆等因素造成建筑破坏。,不论何种情况，场地和地基的土层条件对建筑的震害都有直接影响，表层地基的大变形或失效导致建筑结构的破坏，与地基的强度有关，其对于不同层数的建筑产生的震害是相同的。而地震波在不同的表土层中传播性不同，使上部建筑物产生不同的地震反应，引起建筑结构的振动也不同。,对于地面变形和地基失效的影响，一般采取选择有利场地和地基处理等方法，减少或防止对上部建筑的破坏影响；而场地土对上部建筑振动的影响，在设计中还需要考虑结构自身的振动及其动力特性的问题。所以，建筑的破坏状态和破坏程度，一方面取决于地震的特性，另一方面还取决于结构本身的力学特性。

3、,建筑物破坏规律,从破坏性质来看，在坚硬地基上，建筑物的破坏通常是由于结构破坏所造成。在软弱地基上，则有时是由于结构破坏、有时是由于地基破坏。,从总的破坏表现来看，在软弱地基上比在坚硬地基上更为严重。,在强烈地震作用下，场地土对结构反应影响之所以复杂，其原因是：地震地面运动的大小和特征受到局部土质条件的影响。不同的地基土质其地震反应是不一样的，地震时建筑物和地基土作为统一的整体而互相影响，即所谓土结构相互作用，使建筑物地基的运动规律有所不同。地基土在地震作用下，其物理力学性质由于动力效应发生变化，常常使软弱土上的建筑物遭到破坏。,我国在制定抗震规范时，认为场地的地震影响是建筑场地工程地质条件（

4、地质构造、地基、地基土类别等）对建筑物的综合影响，而且每一因素的影响各不相同，应该区别对待。因而将建筑场地区分为对抗震有利和不利条件。从而选择对抗震有利的地段，同时考虑场地和结构特征这两种因素，确定地震作用和抗震构造措施，对地基失效问题，则采用地基处理的办法解决。,二、场地、地基、基础问题在抗震设计与非抗震设计时的区别,共同点：都要虑支承上部结构的基础在传递荷载时其承载力和沉降量方面是否满足设计要求,抗震设计时还要考虑地震时场地的动力效应对地基的影响、场地和地基对结构的地震作用的影响。,1、首先要了解地震时地震波在场地土层传播时有哪些变化，具有哪些特性。2、其次是地面运动的特性对建筑物有怎样的

5、影响，上部结构的破坏仅仅是由于地震作用引起的，还是由于地基失效造成的，或者是两者的综合。3、从地基是否失效考虑，划分了三类地段，采用三种不同的方针:宜选有利地段，避开不利地段，不选危险地段。4、地震时由于地基失效造成建筑物的震害，主要是软弱土、不均匀沉降和砂土液化，其中砂土液化是研究的重点，主要讨论的问题是砂土液化的条件、液化的危害性、根据不同的液化危害程度选择不同的抗液化措施。5、当地基设计合理时，有利地段上的建筑物，其震害绝大多数是由于上部结构受地震作用而造成的，由此应考虑不同的场地(包括场地土类别、覆盖层厚度)对地震作用的影响。,上述各个问题有些内容是相关联的，是有机整体的一部分。总的说

6、明场地选择对建筑抗震设计是重要的组成部分。,只有在选择抗震有利的场地条件下，并注意了防止和避免地基失效措施，才能考虑各类场地对地震作用的影响进行上部结构抗震分析。,2.2 地震地面运动特性,场地的地面运动性质是随震源机制、震中距离和传播途径中土层的性质不同而变化。,作为建筑结构的抗震设计来说，一个场地的地震地面运动是抗震设计的前提和依据。不同特性的地震动对建筑物的影响和破坏作用是不一样的，但从现有科学水平很难预估将会发生的实际的地震大小，相应也就很难预估设计建筑所在场地的地面运动情况。所以，只能根据历次地震的震害教训以及取得的强震记录，考虑对建筑物破坏的影响，对地震地面运动的特性进行研究分析。

7、,一、场地土的卓越周期（场地土固有周期）,许多震害现象表明，场地的周期特性对建筑物震害的程度有重要的影响,例：1970年3月28日，土耳其格迪兹(Gediz)地震中，某工厂钢砼结构(强度足够符合规范，T=1.255)倒塌，同一场地上相近建筑，T=0.55、T=2.55的建筑都没坏。震后分析，在T=1.25处有明显的最大反应，故类共振引起破坏。,场地土固有周期就是它的自振周期。,一般多采用剪切型质点系来研究场地土的动力特征。,将连续土体离散成多质点（有限）体系。,剪切刚度 （ 与 层发生单位相对位移产生的力）应满足土的 关系,所以有,令,、,，则 层土的剪切,刚度为,V为作用在厚度为h的土层上的

8、最大剪力。,作用在土层上的最大剪应力。,x剪力作用下所引起的位移。,A为土柱的截面积。,土层质点微幅无阻尼自由振动方程的矩阵表达式：,由振动方程解出 及 ，这时的解是基于线弹性情况。考虑到地震时土的关系 已呈非线性，应对结果进行调整。,也可以按以下公式来求土层固有周期。,对于只有一层土覆盖层时：,对于多层土覆盖层时：,覆盖层厚度，,土层平均剪切波速，,土层剪切波速，,第 层土的厚度和剪切波速。,式中,二、场地土层的放大、滤波作用,根据地震波理论分析的结果表明，当地震波在传播过程中，由速度大的地层向速度小的地层行进时，由于波的周期要保持不变，一个周期内的波的前进距离则将缩短，振幅将增大，特别是使

9、每个波中所含的能量保持不变，短波长的波要传输同样的能量，则必须增大振幅。,一般来说，地表地层的地质年代较轻，传播地震波速底，因此地震波由硬、深的地层向浅、软的地层传播到达地表时，其振幅将增大很多。这就是场地土层的放大作用。,当表层地基土层越软或软弱地基沉积越厚，放大效应就越大。,通常地基是由具有不同特性的多层土组成，当由下入射的大小和周期不同的波群进入多层土的表层时，多层土的表层土相当于一个“滤波器”，会将某些频率波群放大或通过而将另一些波衰减或滤掉。由于各土层的“滤波”效应不同，因此，多层土的周期并不是单一的。,三、地震动（即地面运动）卓越周期,从地震记录可以清楚看出，一个场地的地面运动，一

10、般均存在一个破坏性最强的主振周期。如果建筑物的自振周期与这个周期接近，建筑物的破坏程度就会加重。而这个主振周期称地震动卓越周期。,反应谱曲线中最大值对应的周期就是该地震波的卓越周期。,在进行建筑抗震设计时，要估计该建筑所在场地的地震动卓越周期，之后使设计的建筑自振周期错开卓越周期，尽量加大两者之间的差距。而要正确预测地震动卓越周期是很难做到的。然而某一工程场地的地震动卓越周期，尽管随震级大小和震中距远近而变化，但因与该场地的场地条件特别是场地土性质存在某种相关性，可以利用场地周期来估计地震动卓越周期，所以场地土卓越周期是地震地面运动的动力特性之一。当地震动卓越周期与该地基土的固有周期一致，则将

11、使地表面的振动幅度大大增加。当地震波中占优势的波动分量的周期与建筑物固有周期相近，建筑物将受到非常大的地震作用。,2.3 地面运动特征参数,为了分析强震记录中对工程应用有重要意义的特征，一般采用幅值、频谱和持续时间三个参数来反映强震记录的地面运动特征。,一、幅值,二、频谱,地面运动的振动幅值可用所记录的地面运动加速度、速度、位移三者之中任意一个的峰值来表示。,频谱的概念就是一次地震动中振幅与频率的关系曲线。,假若地震动的频率经过频谱分析得出强震记录中占主导地位的频率集中于低频，它引起自振周期长的结构产生巨大的反应；相反，若地震动的卓越周期在高频段，则对刚性结构物会造成大的危害。 到70年代，人

12、们又进一步认识到地震动的频谱组成是随场地土壤条件而改变。宏观震害现象以及强震记录说明，震级愈大、震中愈远、场地土愈软而厚，则频谱的长周期成份越突出。由于地震动频谱是随地震震级大小、震中距远近、以及场地土层的软硬和厚薄而变的，所以不同自振周期的建筑结构在相同的条件下会产生不同程度的震害。,近年来通过对某些地震震害实例以及同时记录到地震动加速度的过程，进行研究对比了解到：有些地震动虽然十分强烈，但持续时间很短，建筑破坏较轻。有些地震动不十分强烈，但持续时间较长，对建筑物造成严重破坏。这些现象表明，只用地面运动的幅值和频谱特征还不足以反映地震对结构的破坏影响，只有同时考虑到地震动的持续时间的长短，才

13、能说明建筑震害严重与否的原因。由此可见，强震持续时间对于结构破坏是一个重要因素，不容忽视。 另一个说明地震动持续时间重要性的依据是地震动造成的积累破坏效应。如果承认几次地震可以产生积累破坏，则强震持续时间加长，当然也可以造成同样的影响效果。 为了考虑持续时间影响，必须给以明确定义。但至今尚无统一意见。,综上所述：地震地面运动是结构抗震设计的依据和前提。影响地震动的主要因素是震源机制、传播途径和场地条件。工程上一些实用公式常以震级、震中距和场地类别来表述这些主要影响因素。对强震记录进行地震动分析时，卓越周期是重要的动力特征之一。振幅、频谱和持续时间三个特征参数用来反映对实际工程抗震设计的影响因素

14、。,三、持续时间,从频谱分析可以了解到地震地面运动所记录的一些频带较宽和波形复杂的地震动中占主导地位的波动周期。当地面运动中占优势的波动分量的周期与建筑物的基本周期相近时，将使建筑物产生共振现象而遭到较大破坏。因此，进行频谱分析，研究频谱变化的特征及其对结构的影响，具有很重要的工程价值。,2.4 场地分类,场地指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1km2的平面面积。 在这个范围内，影响反映谱特性的岩土性状和土层厚度相近。,场地条件的分类实质就是场地反应谱特性的分类，主要依据是场地条件对地面运动强度和谱特性的影响。也就是场地条件对地震波的动力放大作用

15、和滤波特性的影响，而影响地震的场地条件很大程度上是与表层土的性质（土层等效剪切波速）及其覆盖层的厚度有关。,从理论上讲，当下层波速比上层波速大得多时，可以当基岩。但实际地层刚度是渐变的，如果要求波速比很大时才能做基岩，势必定得很大。,一、覆盖层厚度,覆盖层厚度是指从地表到地下基岩面的距离，也就是岩石面的埋深。,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.

16、 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。,规范规定：,二、剪切波速和场地土的类型,场地土是指场地范围内地面下20m（或浅于20m）以内的土层。,其类型主要决定于土的刚性，而土的刚性一般用土的剪切波速表示。因此，场地土的类型可根据剪切波速来划分。,建筑场地类别的划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。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来划分土的类型，再利用当地经验在上表范围内估算各土层的剪切波速。,土的类型划分和剪切波速范围,土层

17、的等效剪切波速，应按下列公式计算：,三、场地类别划分,建筑场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按下表划分为四类。,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。,解：,（1）确定地面下20m表层土的场地土类型,（2）确定覆盖层厚度,（3）确定建筑场地类别,属于软弱土,属于类场地,2.5 场地选择,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”,一、场地选择原则,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。,宜选

18、择有利及一般的地段；避开不利的地段，当无法避开时应采取有效措施；对危险地段严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类建筑。,1、 有利地段,指地震时，建筑物震害较轻，且无地面残余变形的地段。在该地段修建建筑物时，一般可以不考虑防止地面残余变形的措施。,二、各类地段的划分,有利、一般、不利和危险地段的划分,是指可能产生较明显的残余变形或地基失效的地段。地震时建筑物的震害会有不同程度的加重，但从目前的工程技术水平，通过必要的地基处理或加强结构物的刚度、强度和整体性等措施是可以防御的。,2、 不利地段,3、 危险地段,主要指可能发生严重地面残余变形的地段。这种残余变形对建筑物的破坏作用，就目前的工程技术水

19、平而言，尚难以抗御。,三、局部突出地形的影响,1974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。,经分析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,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。,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

20、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,局部突出地形地震影响系数的增大幅度,四、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（1万年）以来经常活动的断裂上面。,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

21、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. 对不符合上条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。,在避让距离范围内确有需要建造分散的、低于三层的丙、丁类建筑时，应按提高一度采取抗震措施，并提高基础和上部结构的整体性，且不得跨越断层线。,2.6 天然地基的震害特点及其抗震措施,地震时由于地基原因造成房屋破坏的例子极少 。,这表明一般天然地基在静力作用下，具有相当的安全储备；尽管在地震时地基所受到的作用有所增大，但由于地震作用历时短暂，在瞬时状态下一般地基

22、承载力有所提高，地基能保持足够的强度而处于正常的工作状态。,但砂土液化、软土震陷和不均匀地基等给上部结构带来的破坏仍是不能忽视的，因为地基一但发生破坏，震后修复加固是很困难的，有时甚至是不可能的。因此，应对地基震害现象分析，需要时采取相应的抗震措施。,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，造成或加剧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，地震中易产生沉陷，使结构开裂；,3、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。,二、 天然地基的抗震措施,1、

23、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,2.7 地基和基础抗震设计和验算,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。,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而另外部分采用桩基；,3、地基有软弱土、可液化土、新近填

24、土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚性；,4、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。,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。,一、 地基基础抗震设计的一般要求,因此可以认为，天然地基基础的抗水平地震作用能力是足够的。故而，在评价地震时的地基承载力，主要从竖向强度和变形来考虑。但是由于地震作用下地基变形十分复杂，目前还没有条件进行定量计算，只是对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来弥补。因此规范规定，只要求对地基进行抗震承载力验算。,地基在静荷载作用下，有两

25、种可能破坏形式：,一种是在基础下面两侧土中的剪应力超过土的承载力，发生滑动，造成基础破坏；,另一种是地基沉陷过大，造成的基础破坏。,根据震害调查发现，基础很少有明显水平位移的，即使有，往往也是伴随着地面运动产生的；基础水平位移的根本原因，不是结构基底剪力不够造成的，而是由于地面运动导致的滑坡、地裂引起的。,二、可不进行天然地基和基础抗震承载力验算的建筑物,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）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

26、房屋。,2、规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。,历次震害调查表明，一般天然地基上，有一些类型的建筑很少因为地基失效而导致破坏的。因此规范规定，下列建筑可以不进行地基抗震承载力验算：,软弱粘性土层指7、8、9度时，地基承载力特征值分别小于80、100、120kPa的土层。,三、天然地基抗震承载力验算,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,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；其他建筑，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%。,地基抗震承载力的调整,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）

27、地震是偶发事件，是特殊荷载，因而地基抗震承载力安全系数可比静载时降低；,2）地震是有限次数不等幅的随机荷载，其等效循环荷载不超过十几到几十次，而多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。,地基抗震承载力的调整,2.8 场地土的液化与抗液化措施,一、砂土液化,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。,或：饱和砂土和饱和粉土的液化，是指

28、在地震作用下，饱和土中的孔隙水压力等于或大于周围土的固结压力，使土体丧失抗剪强度呈液体状态而丧失其承载力。,更概括地说，液化就是指将任何物质转变成液态的作用或过程 。,在无粘性土中，从固态向液态的转变是因孔隙水压增高和有效应力减少所导致的。,由力学平衡条件可知：如液化区的水头梯度达到其临界值icr时，则使土颗粒间有效应力等于0，就会发生液化现象。,液化的宏观标志是在地表出现喷水冒砂。,式中：ds土粒比重； e天然孔隙比。,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

29、米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。,二、砂土液化的宏观经验,从大量宏观震害调查中，可以总结出以下几点有关工程抗震的经验和规律：,1、在砂土液化区内，上部结构的震害大都是由于地基失效引起的，直接由于振动引起的结构本身震害几乎没有。,这是因为砂土液化后砂层不能再传递剪切波，从而阻止了振动引起的震害。假若液化砂层之上有一层又厚又坚实的表层土足以支承上部结构，则结构物的总震害将比无砂土液化时轻；假若液化砂层离地面很近或地表层不足以防止地基失效时，则上部结构将出现由于地基失效而引起的震害。其震害将是整栋房屋倾斜、八字型裂缝、有的也会出现建筑物底层陷入地面以下、室内地坪上鼓、开裂或设备基础上

30、浮或下沉。,2、砂土液化大多发生在近地表的饱和松散粉细砂层，最常见的是在地表下10m 以内，个别的有发生在10-17m处的，但20m以下的情况很少见。,其原因可能是：,（1）埋藏深的砂层受到周围的压力较大，需要有较大的孔隙水压才能液化。,（2）埋藏深的砂层相对密度较大，强度高可以承担较大的应力，在地下较深处的地震动可能较小，非饱和砂土的孔隙水压不高，当砂土的颗粒粗时，孔隙水容易流动，孔隙水压不易很快提高。,（3）由于埋藏较深，即使液化也难于冒出地表，不易被发现。目前国内外一般认为地下砂层在地震时是否发生液化，主要以地面是否出现冒水喷砂为依据。地面若有冒水喷砂者，即认为其下的砂层液化，否则难以判

31、断其下的砂层是否液化。,3、砂土液化的冒水喷砂现象，常发生于地震过程中，有时也发生于地震快终止或终止后的一段时间内。,这一过程表明：液化现象出露到地表至少需要三个阶段，即砂层局部液化、全部砂层液化和液化喷出地表。这三个阶段的完成需要一定时间，这个时间与地震动的大小、持续时间、砂层和覆盖层的力学特征和几何形态等有关。,4、强地震可能使松散砂层变密，也可能使密实砂层变松；这一点已被现场调查所证实。,由于自然状态的砂层常常是不均匀的水平层，各相临层的密度常常是不一样的，在强震作用下，松散的砂层可能在液化，液化后砂层的孔隙水可能会向相临较密的砂层渗透，从而使密砂变松散；而原来松散的砂层在液化后变密；但

32、在下一次强震时，这一过程又可能反过来。由此可见，液化后的砂层可能再液化而不是变得更密实，直至密实得而不会再液化。,三、场地土液化的主要危害,（1）淹没农田，淤塞渠道，桥梁破坏；,（2）地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜；,（3）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；,（4）室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。,当砂土和粉土液化时，其强度将完全丧失从而导致地基失效。危害有以下几方面：,四、影响场地土液化的主要因素,1、地质年代,地质年代的新老表示土层沉积时间的长短，较老的沉积土经过长期的固结作用使土的密实程度增大。因此，地质

33、年代愈久的土层抵抗液化能力就愈强。宏观震害调查表明：在我国历次大地震中，尚未发现地质年代属于第四纪晚更新世Q3（年代测定为126000年（5000年）至10000年 ）及其以前的饱和土层发生液化的。,2、土中粘粒含量,粘粒是指粒径小于0.005mm的土颗粒，粘粒颗粒含量多少决定了这类土壤的性质是与粘性土靠近还是与砂类土靠近；同时土中粘粒的增加，使土的粘聚力增大，从而抵抗液化的能力增强。,3、上覆非液化土层厚度和地下水位深度,上覆非液化土层是指地震时抑制可液化土层喷水冒砂的厚度。构成覆盖层的非液化层除天然地层外，还包括堆积五年以上或地基承载力大于100kPa的人工填土层，当覆盖层夹有软土层时，该

34、土层应从覆盖层中扣除。 实际震害表明，地下水位高低是影响喷水冒砂的一个重要因素。,4、土的密实度,砂土和粉土的密实度是影响土层液化的重要因素。,5、地震烈度的影响,烈度越高的地区，土层越易液化。在6度地区较少发生液化现象，在7度及以上地区，则液化现象明显增多。,五、饱和土层液化的判别,1、液化判别和处理的一般原则：,1）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。,2）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。,2、液化判别,砂

35、土是否会液化和液化后的土层对上部结构会产生什么影响，这对工程实践有重要意义。目前规范规定有初步判别和标准判别。,1）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度时可判为不液化；,（2）粉土的粘粒含量百分率在7、8和9度时分别不小于10、13和16可判为不液化土；,粉土是界于粘性土和无粘性砂土之间的土。粘性土是指粒径小于0.005mm的颗粒。当其含量多于一定界限，其特性靠近粘性土，因而不液化。该界限值是从海城、唐山地区液化点资料中经分析后确定的。,（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

36、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)，宜按设计基准期内年平均最 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。,上面判别式（db=2)亦可用下图表示：,砂土,db2时，在du 、dw中减去（db-2)后再查图确定。,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,需要考虑液

37、化影响。,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：按土层液化判别图确定,需要考虑液化影响。,du=5.5m,dw=6m,查液化土特征深度表,解：按判别式确定,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。,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

38、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。,2）标准贯入试验判别,规范规定：当饱和砂土、粉土的初判认为需要进一步液化判别时（即初判时，四个条件有一项及以上不符时又需要进一步判别时）应采用标准贯入试验判别法判别地面下20m范围内土的液化；但对规范规定可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算的各类建筑，可只判别地面下15m范围内土的液化。 当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于或等于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。,在地面下20m深度范围内，液化判

39、别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：,时，可判为液化。,地下水位（m),饱和土标准贯入点深度（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，应采用3。,式中：,饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）,液化判别标准贯入锤击数临界值；,调整系数，设计地震第一组取0.8，第二级取0.95，第三级取1.05。,钻孔至试验土层上15cm处，用63.5kg的穿心锤，落距为76cm，打击土层，贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数记作N63.5，为标准贯入锤击数。,1-穿心锤2-锤垫3-触探杆4-贯入器头5-出水孔6-贯

40、入器身7-贯入器靴,饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）,六、液化地基危害程度的评定,判别式给出的结果，只能判定是否液化，不给出液化危害的程度。因此也就无法做出满意的工程判断。为了设计出经济合理的建筑，有必要对液化的危害程度做出定量分析。,液化对建筑物造成的危害，主要表现在两个方面：,一是由于土层液化，喷水冒砂造成的沉降和不均匀沉降；,另一是土层液化过程中，对地震反应的改变所造成的不利影响。,从震害调查可知，地基液化，对上部建筑所引起的振动反应形成的震害往往较轻，但其不均匀沉降所引起的震害较重，个别建筑可能因地基失效而倒塌。因此，液化引起的沉降应是液化危害性分析中主要考虑的问题。,液化土

41、的沉降量与土的密度有关。土的密度可用标准贯入锤击数N63.5值来反映，即N63.5值越小，其沉降量越大。,可用下式来表示某土层液化沉降的大小：,液化指数的积分式：,考虑到不同层位 、土层厚 的（ ）沿深度进行积分，在积分过程中引入层位影响的权函数，积分结果的数值定义为液化指数（ ）。可用 指标来衡量整个液化地基的危害程度。,为便于在工程中实际应用，改写成多项式求和：,液化指数,式中：,在判别深度范围内，每一个钻孔内标准贯入试验点的总数；,i点所代表的土层厚度（m），可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半，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

42、层厚度的层位影响权函数值(m1)。,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，520m时应按线性内插法取值。,液化指数与液化危害之间有明显的对应关系，一般液化指数越大，场地喷水冒砂越严重，对建筑物的危害越大。,按液化场地的液化指数大小，将场地划分为轻微、中等和严重三个液化等级。,液化等级和对建筑物的相应危害程度,【例题】某建筑场地的设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，该场地一钻孔的各项资料示于下表，试确定该建筑场地的液化等级。,解：,（1）计算各标贯点的标贯锤数临界值（图a）,由题设查表,将N0=12、dw=1.0m及各标贯点深度dsi值代入公式，得各标贯点的N

43、cri。,对于第1个标贯点，ds1=1.4m，取c=3.0。,其余各点Ncri值的计算结果见表。,液化指数ILE的计算,（2）计算各标贯点的相对标贯值之比,对于第一个标贯点,其余各点Fi的计算结果列于表中，但由于标贯点3、4、7的NcriNi，则这些点为非液化点，其Fi=0。,（3）计算各标贯点所代表的土层厚度di（图b）及相应中点深度zi（图 c）,（4）计算di层中点所对应的权函数值Wi,由于z1、z2均不超过5m，所以W1=W2=10；,（5）计算建筑场地的液化指数 （表）,故该建筑场地液化等级属于严重液化。,七、抗液化措施,当液化土层较平坦、均匀时，按下表选用。,抗液化措施是根据建筑的

44、重要性、地基的液化等级，结合具体情况，对地基液化的综合治理。,不宜将末经处理的液化土层作为天然地基持力层。,2）采用深基础时，基础底面埋入液化深度以下稳定土层不小于0.5m；,3）采用加密法（如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数的实测值应大于相应的临界值；,4）用非液化土替换全部液化土层，或增加上覆非液化土层的厚度；,5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。,1、全部消除地基液化沉陷的措施应符合：,1）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中

45、的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.8m，对其他非岩石土尚不应小于1.5m；,2、部分消除地基液化沉陷的措施应符合：,1）处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不宜大于5；大面积筏基、箱基的中心区域，处理后的液化指数可比上述规定降低1；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。,2）采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于规范规定的液化判别标准贯入锤击数临界值；,3）基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。,4）采取减小液化震陷的其他方法，如增加上覆非液化土层的厚度和改善周边的排水条件等。,1) 选择合适的基础埋置深度，使天然地基的持力层有较大的刚度；,5) 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。,3、减轻液化影响的基础和上部结构处理， 可综合考虑采用下列措施：,2) 调整基础底面积，减少基础偏心；,3) 加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条形形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；,4) 减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；,