《场地与地基》PPT课件.ppt

2.1 场 地,场地是指建筑群体所在地，其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。场地条件对建筑震害的主要影响因素：场地土的刚性（坚硬或密实程度）大小、场地覆盖层厚度。 场地土的刚性一般用土的剪切波速表示，因为剪切波速是土的重要动力参数，是最能反映场地土的动力特性的。因此，以剪切波速表示场地土的刚性广为各国规范所采用。,2.1.1建筑场地的类别,建筑场地的类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按建筑抗震设计规范表4.1.6划分为四类。见教材表2-1。,（1）土层等效剪切波速的计算公式： （2）建筑场地覆盖层厚度的确定方法：,土层等效剪切波速的计算公式,建筑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的坚硬土层或岩层顶面的距离确定。 （2）当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速的2.5倍的土层，且其下卧层土的剪切波速均不小于400m/s时，可取地面至该土层顶面的距离和地面至剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶面距离二者中的较小值。,（ 3）剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视为周围土层。 （4）厚度不大于5m、剪切波速大于500m/s和剪切波速大于400m/s且大于相邻上层土剪切波速2.5倍的硬夹层，应视为刚体，从覆盖层中扣除，其厚度也不计入。,2.1.2 场地土的类型,表2-2 土的类型划分和剪切波速划分,2.2 地震时地面运动特征,2.2.1 场地土的卓越周期 地震波是一种波形十分复杂的行波。根据谐波分析原理，可以将它看作是由几个简谐波叠加而成。场地土对基岩传来的各种谐波分量都有放大作用，但对其中有的放大的多，有的放大的少。也就是说，不同的场地土对地震波有不同的放大作用。,为土层的卓越周期，也就是土的自振,周期。,由于地层土质和厚度不同，表土层的卓越周,期一般可自0.1秒至数秒。,土的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明，凡是建筑物的自振周期与土的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此，在结构抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开土的卓越周期，以免产生类共振现象。,2.2.2地震时的地面运动,地震时地面运动加速度记录是地震工程的基本数据。在绘制加速度反应谱曲线和进行结构地震反应直接动力计算时，都要用到强震地面运动加速度记录。,2.3 地基基础抗震验算,在地震作用下，为了保证建筑物的安全和正常使用，对地基而言，与静力计算一样，亦应同时满足变形和地基承载力的要求。但是，由于在地震作用下地基变形过程十分复杂，目前还没有条件进行这方面的定量计算。因此，建筑抗震设计规范规定，只要对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来弥补。,规范规定，建筑在天然地基上的以下建筑，可以不进行地基抗震承载力验证：,(1)砌体房屋； (2)地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层 的下列建筑： 一般单层厂房和单层空旷房屋； 不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房 屋； 基础荷载与项相当的多层框架厂房。 (3)抗震规范规定可不进行上部结构抗震验 算的建筑。,2.3.2天然地基抗震承载力验算,（1）验算公式,（210）,（211）,（212）,(2)地基土抗震承载力设计值的确定,要确定地基土抗震承载力就要研究动力荷载作用下土的强度，即土的动力强度（简称动强度）。动强度一般按动荷载和静荷载作用下，在一定的动荷载循环次数下，土样达到一定应变值（常取静荷载的极限应变值）时的总作用应力。,地基抗震承载力提高的原因,（1）地震是一种偶然作用，历时短暂，因而地基 在地震作用下可靠度的要求可较静力作用下时降 低或者说地基承载力安全系数可比静载时降低。 （2）地震是低频（15Hz）的有限次（1030次）脉冲作用，在这样条件下，除十分软弱的土 外，大多数土的动强度都比静强度高。,2.4场地土的液化与抗液化措施,2.4.1 场地土的液化现象,2.4.1.1 液化的概念,定义：位于地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势（图2-5a）但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，如液体一样（图2-5b）这种现象就称为土的液化。,图2-5 土的液化示意图,在近代地震史上，1964年6月日本新瀉地震使很多建筑的地基失效，就是饱和松砂发生液化的典型事例。这次地震开始时，使该城市的低洼地区出现了大面积砂层液化，地面多处喷砂冒水，继而在大面积液化地区上的汽车和建筑逐渐下沉。而一些诸如水池一类的构筑物则逐渐浮出地面。 新瀉地震后，土的动强度和液化问题更加引起国内外地震工作者的关注。,根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。我们知道，饱和砂土的抗剪强度可写成：,式中,剪切面上有效法向压应力（粒间压应力）； 剪切面上总的法向压应力； 剪切面上孔隙水压力； 土的内摩擦角。,地震时，由于场地土作强烈振动，孔隙水压力 急剧增高，直至与总的法向压应力 相等，即有效法向压应力 时，砂土颗粒便呈悬浮状态。土体抗剪强度 ，从而使场地土失去承载能力。,2.4.1.2 影响液化的因素,(1)土的组成 新细砂和粗砂比较，细砂的渗透性比粗砂低，所以细砂比粗砂更容易液化。较粗的砂粒也有发生液化的实例。但因其比细砂的透水性高，孔隙水的超压作用时间也短，并且液化造成的变位也小。从震害资料看，砾砂和粗砂很少发生液化。,(2)砂土的密实程度 砂土越松越容易液化。1964年日本新瀉地震表明，相对密度大于70%的地方，普遍地看到液化现象，而相对密度小于50%的地方就没有液化。 (3)砂层埋深和地下水位的影响 砂层埋深越大，地下水位越低，即有效覆盖层压力越大，砂层就不容易液化。当侧限压力越大，越不容易液化。,(4)地震烈度的大小和地震持续时间 烈度越高的地区，地面运动的强度就越大，一般烈度在6度及以下的地区，很少看到有液化现象，而在7度及以上地区，则烈度越高液化现象越严重。 地震的持续时间长短也是确定液化可能性的一个重要因素。地震时间越长，砂的颗粒间所受应力周次也越大。,2.4.1.3 场地土液化对建筑物产生的震害,（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,2.4.2场地土液化的判别方法,地基土液化判别过程可分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。 1.初步判别 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)地质年代为地四纪晚更新世及其以前且设防烈度为7、8度时；,(2) 粉土的粘粒（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；,(3）,上覆非液化土层厚度是指地震时能抑制可液化土层喷砂冒水的厚度。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震承载力大于100kpa的人工填土层。当覆盖层中夹有软土层，对抑制喷砂作用很小，且其本身在地震中很可能发生软化现象时，该土层应从覆盖层中扣除。覆盖层厚度一般从第一层可液化土层的顶面计至地表。地下水位高低是影响喷砂冒水的一重要因素。实际震害调查表明，当砂土和粉土的地下水位不小于下表所列限值时，未发现土层发生液化现象。,表2-5a 土层不考虑液化时覆盖层厚度和地下水位界限值 和, 式（27）的含义,式中db-2，则是考虑基础埋置深度db2m对不考虑土层液化时覆盖层厚度的界限值修正项。表2-5中不考虑土层液化界限值duj是在基础埋置深度db2m的条件下确定的。因为这时饱和土层位于地基主要受力层（厚度为Z）之下或下端，它的液化与否不会引起房屋的有害影响，但当db2m时，液化土层有可能进入地基主要受力层范围内，对房屋造成不利影响。因此，不考虑土层液化时覆盖层厚度界限值应增加。由此可知，式（2-7）是不考虑土层液化的覆盖层厚度的条件。, 式（26）的含义,比较表（2-5）和（2-5a）可知，d0-1 。式中 db-2 为基础埋置深度db2m时地下水位深度界限值的修正项。式（2-6）是不考虑土层液化的地下水位深度条件。, 式（2-8）的概念,（2-8）式改写成下式：,式中，1.5d0-0.5 就是 按图中线段AB上任一 点C的纵、横坐标之和。,2.准贯入试验判别,当上述所有条件均不能满足时，地基土存在液化可能。此时，应采用标准贯入试验进一步判别其是否液化。,(1)一般情况下，当地面下15m深度范围内的锤击数N63.5(未经杆长修正)小于下式确定的临界值Ncr时，应判为液化土，否则为非液化土。,上式可以改写成下面形式：, 砂土,式（2-9）中的N0是在发生液化平均深度（饱和土标准贯入点深度）ds=3m和地下水位dw=2m条件下测定的。因此，式0.1(ds-3)和0.1(dw-2)分别为ds3m和dw2m的修正项，其中0.1为修正系数。, 粉土,式（29）中 是在砂土锤击数临界值公式基础上考虑粉土影响的修正项。,（2）在地面下15-20m深度范围的Ncr公式,砂土,粉土,（15mds20m）,实际上，上式是由式（2-9）取ds=15m时得到的。这是考虑到ds15m时土的液化锤击数临界值随深度加深起初稍许增加随后缓慢递减，而呈非线性变化。这时如按式（2-9）计算，结果将过于保守。根据现有液化资料分析，当ds15m时，取ds=15m仍按式（2-9）计算，则这种处理方法既简单又较接近实际。,2.4.3液化地基的评价,2.4.3.1评价的意义,过去，对场地土液化问题仅根据判别式给出液化或非液化两种结论。因此，不能对液化危害性做出定量的评价，从而也就不能采取相应的抗液化措施。 很显然，地基土液化程度不同，对建筑的危害也不