地基基础抗震

基础工程7/12/2016第8章地基基础抗震7/12/2016内容提要地震的成因特特征地震区场地特特征地基基础抗震震设计7/12/2016概述地震成因地震是地球内内部构造运动动的产物，是是一种自然现现象，是地壳壳内部或外部部因素作用下产产生强烈震动动的地质现象象。全世界每每年大约发生生500多次地震，绝大多数地震震都很小，小小地震约占一一年中地震总总数的99%，剩下的1%才是人们感觉到到的，而现在在造成严重破破坏的大地震震，全世界平平均每年大约约发生18次。地震按其其成因可分为为：构造地震震、火山地震震、陷落地震震和诱发地震。全球地壳由六六大块组成，，即欧亚大陆陆、太平洋、、美洲大陆、、非洲大陆、、印澳与南极板板块。各大板板块内还可以以划分为极小小的板块。由由于地壳的缓缓慢变形，各板块块之间发生顶顶撞、插入等等突变、形成成地壳振动，，即构造地震震，多发生在各板板块的边缘或或沿海的岛屿屿。我国的台台湾岛和日本本都位于大板板块的交接处，所所以是多地震震区域。7/12/2016地震波及其特特征•地震引起的震震动以波的形形式从震源向向各个方向传传播并释放能量，这就就是地震波。。它包含在地地球内部传播播的体波和只限于在地地球表面传播播的面波，是是一种弹性波波。•体波包括纵波波与横波两种种，纵波是由由震源向外传传播的胀缩波，质点点的震动方向向与波的前进进方向一致，，从而使得介质不断的的压缩和疏松松，也称为压压缩波或疏密密波。在空气里纵波就就是声波。其其特点表现为为周期较短，，振幅较小。横波是由由震源向外传传播的剪切波波，介质质点点的震动方向与波的前前进方向相垂垂直，也称剪剪切波。其周周期较长，振幅较大。还还应指出，横横波只能在固固体里传播，，而纵波在固体和液体体里都能传播播。•7/12/2016地震波及其特特征•纵波比横波的的传播速度要要快，在仪器器观测到的记记录图上，纵波要先先于横波到达达。一般也把把纵波叫P波（即初波），把横波波叫S波（即次波））。体波在地地球内部的传传播速度随深度的的增加而增大大。由于地球球的层状结构构，因此体波通过分层层介质，在界界面上将产生生折射和反射射；当一个P波入射到一个个界面时，不不但产生折射射和反射的P波而且还发生折射射和反射的S波，S波也是如此，，此外，由震震源发出的震动动首先通过岩岩层传到基岩岩表面，然后后再经基岩以上的地层层传到地表面面，在此过程程中由于重复复反射，地表面的震动动常常得到放放大。7/12/2016地震的震级和和烈度•1．震级•地震强度通常常用震级和烈烈度来反映。。地震震级是是地震固有的属性，表示示地震本身能能量大小的尺尺度，用符号号M表示，其数值是根据据地震仪记录录的地震波图图确定的。目目前，国际上比较通用的的是里氏震级级，原始定义义是在1935年由里克特（C.F.Richter）给出•震级表示一次次地震释放能能量的多少，，也是表示地地震强度大小小的的指指标标，，所所以以一一次次地地震震只只有有一一个个震震级级。。7/12/2016烈度度•地震震烈烈度度是是指指地地震震时时某某一一地地区区的的地地面面和和各各类类建建筑筑物物遭遭受受到到一次次地地震震影影响响的的强强弱弱程程度度。。一一次次同同样样大大小小的的地地震震，，若若震震源源深度度、、离离震震中中的的距距离离和和土土质质条条件件的的因因素素不不同同，，则则对对地地面面和和建筑筑物物的的破破坏坏也也不不相相同同。。这这时时，，若若仅仅用用地地震震震震级级来来表表示示地地震动动的的强强度度，，还还不不足足以以区区别别地地面面和和建建筑筑物物破破坏坏轻轻重重的的程程度度。。虽然然一一次次地地震震只只有有一一个个震震级级，，但但距距离离震震中中不不同同的的地地方方，，地地震的的影影响响是是不不一一样样的的，，及及地地震震烈烈度度不不同同。。一一般般来来说说，，离离震震中越越近近，，地地震震影影响响越越大大，，地地震震烈烈度度越越高高；；离离震震中中越越远远，，地地震烈烈度度越越低低。。震震中中区区的的烈烈度度称称为为震震中中烈烈度度，，用用I0表示示。。7/12/2016地震震区区场场地地特特性性•1．地地震震震震害害•地震震发发生生时时及及发发生生后后，，将将引引起起人人们们有有震震动动的的感感觉觉、、自自然然和和人人工工环环境境的的变变化化，，通通常常称称之之为地地震震后后的的宏宏观观现现象象，，常常可可概概括括为为四四类类：：人人们们的的感感觉觉、、人人工工结结构构物物的的损损坏坏、、物物体体的的反反应和和自自然然状状态态的的变变化化。。研研究究这这些些现现象象不不仅仅可可以以理理解解地地震震作作用用本本质质，，更更主主要要的的是是防防止止或或减少少地地震震所所产产生生的的破破坏坏与与人人民民生生命命财财产产的的损损失失。。所所以以人人工工结结构构物物的的损损坏坏，，应应该该说说是是最最值得得研研究究的的宏宏观观现现象象。。通通过过它它的的研研究究不不仅仅能能定定性性地地理理解解地地震震现现象象，，而而且且可可以以总总结结经经验验教训训，，为为制制定定和和改改进进抗抗震震设设计计规规范范以以及及制制定定抗抗震震防防灾灾对对策策措措施施提提供供依依据据。。地地震震所所带带来来的破破坏坏活活动动主主要要表表现现在在：：•1）地地基基震震害害•地基基的的主主要要破破坏坏有有：：地地基基液液化化、、震震陷陷、、山山体体崩崩裂裂、、滑滑坡坡、、地地裂裂等等现现象象。。在在地地下下水水位位较较高地区，，地震时时的强烈烈震动会会使饱和和粉细砂砂、细砂砂和粉土土层液化化，地下下水夹着着砂子往往往经裂隙隙或其他他通道蹦蹦出地面面，形成成喷砂冒冒水现象象。产生生液化的的原因是是由于地地层短暂暂时间里，，孔隙水水压力骤骤然上升升来不及及消散，，有效应应力降至至零，土土体呈现现出近乎乎液体的的状态，强强度完全全丧失，，即所谓谓液化。。地基液液化能使使建筑物物产生大大量的沉沉降、不不均匀沉沉降及倾斜斜，埋在在液化土土层中的的管道及及地下罐罐等则会会上浮。。地震使使地面产产生巨大大的附加加沉降称为为震陷，，多发生生在松砂砂和软粘粘土中，，震陷不不仅使建建筑物产产生过大大沉降，，而且产产生较大的的差异沉沉降和倾倾斜，影影响建筑筑物的安安全使用用。地震震时出现现的地裂裂缝的数数量、长长短和深浅浅等与地地震强度度、受力力特征有有关，如如唐山地地震时，，地面出出现一条条长10km、水平错动1.25m、垂直错错动0.6m的大地裂裂，错动动带宽约约2.5m，致使在在该断裂裂段内的的房屋、、道路、地下下管道等等遭到及及其严重重的破坏坏，民用用建筑几几乎全部部倒塌。。强烈的的地震往往往造成成地面错动动、山体体崩塌和和滑坡泥泥石流等等，严重重时还会会堵塞河河流，形形成地震震堰塞湖湖而使山山河改观。。7/12/2016地震区场场地特性性•2）建筑物物的典型型震害•多层砖房房的典型型震害为为外墙外外闪、倾倾倒，纵纵横墙墙墙面出现现X裂缝，纵纵横墙开开裂和屋屋顶塌落落等。•多高层钢钢筋混凝凝土房屋屋的典型型震害为为梁柱节节点破坏坏，柱子子上混凝土土保护层层脱落，，钢筋外外崩，呈呈灯笼状状，在箍箍筋数量量不足时这这种情况况更加常常见。钢钢筋混凝凝土墙的的破坏形形态与砖砖墙差不多多，但其其裂缝比比较分散散且宽度度较窄。。7/12/2016场地因素素•建筑场地地的地形形条件、、地质构构造、地地下水位位等对地地震灾害害的程度度有显著著的影响。我国国多次地地震灾害害调查表表明，局局部地形形条件对对地震时时建筑物物的破坏坏有较大的影响响。一般般当局部部地形高高差大于于30-50m时，震害害就会有有明显的的差异，，位于高处的的建筑物物震害加加重。1920年宁夏海海原发生生8.5级地震时时，处于于渭河谷谷地姚庄的烈烈度为7度，而2km外的牛家家山庄因因位于高高出百米米的黄土土梁上，，其烈度度则达9度。综上上所述，，孤立突突出的山山梁、山山包、条条状山嘴嘴、高差差较大的的台地、、陡坡等，，均对建建筑物的的抗震不不利。•断层是地地质构造造的薄弱弱环节，，可将其其分为发发震断层层和非发发震断层层，前者者为具有潜在在地震活活动的断断层，后后者在地地震作用用下不会会产生新新的错动动。地震震时，发震断层层附件地地表可能能发生新新的错动动，若在在其上修修建建筑筑物必招招致严重重破坏。。因此在具具体进行行场地布布置时，，不宜将将建筑物物横跨在在断层上上，以免免可能发发生的错动和不不均匀沉沉降带来来危害。。•地震对建建筑物的的危害程程度与地地下水位位有明显显关系，，水位越越浅震害害越重。。地下水位深深度在5m以内时，，对震害害影响最最明显，，当地下下水位较较深时影影响较小小。对于不同同类别的的地基土土，地下下水位的的影响程程度也有有差别。。例如软软弱土层层（粉砂、细砂砂、淤泥泥质土等等）影响响程度最最大，对对粘性土土影响次次之，对对碎石、、角砾等影响较较小。7/12/2016场地类别别和场地地选择7/12/2016场地选择择工程地质质条件不不同，建建筑物在在地震中中的破坏坏程度也也明显不同。。合理选选择建筑筑场地将将会大大大减轻地地震灾害害。影响响建筑震害害的地震震动参数数的场地地因素很很多，其其中包括括局部地地形、地质质构造、、地基土土质等，，影响的的方式也也各不相相同。一一般认为，，对抗震震有利的的地段系系指地震震时地面面无残余余变形的的坚硬土或或开阔平平坦密实实均匀的的中硬土土范围或或地区；；而不利利地段为可可能产生生明显的的地基变变形或失失效的某某一范围围或地区区；危险地段段指可能能发生严严重的地地面残余余变形的的某一范范围或地地区。抗震震规范中中将场地地划分为为有利、、不利和和危险地地段的具具体标准如如表8-5所示。7/12/2016地基基础础抗震设设计基本原则则•抗震设计计应贯彻彻“预防防为主””的方针针，并力力争做到到“小震震不坏，，中震可修、、大震不不倒”的的设防要要求。当当遭受低低于本地地区设防防烈度的的多遇地震影影响时，，建筑物物一般不不受损坏坏或不需需修理仍仍可继续续使用；；当遭受相当当于本地地区设防防烈度的的地震影影响时，，建筑物物可受损损坏，但但经一般修理理即可恢恢复正常常使用；；当遭受受高于本本地区设设防烈度度的罕遇遇地震影响时时，建筑筑物不致致倒塌或或发生危危及生命命安全的的严重破破坏。为为了提高建筑筑物的抗抗震能力力，在建建筑规划划上应合合理布局局，上部部结构设设计应遵循““简、匀匀、轻、、牢”的的原则，，同时地地基基础础设计应应符合下下列要求。•尽量选择择有利地地段，如如开阔平平坦的坚坚硬场地地土或密密实均匀匀的中硬场地土土等地段段；避开开不利地地段，如如软弱场场地土、、易液化化场地土土等，如无法避避开时宜宜采用适适当的抗抗震措施施；而不不得在危危险地段段进行建建设。•7/12/2016地基基础础抗震设设计基础在整整个建筑筑物中一一般是刚刚性比较较大的部部分，又又因处于于建筑物物的最低低部位，周围围还有土土层的限限制，因因而振幅幅较小，，故基础础本身受受到的震震害总是是较轻的的。加强基础础的防震震性能目目的主要要是减轻轻上部结结构的震震害。加加大基础础埋深可可以增加加基础侧面面土体对对振动的的抑制作作用，从从而减少少建筑物物的振幅幅，有条条件时可可建造地地下室，地地下室内内易设置置内横墙墙，并应应切实做做好基槽槽的回填填夯实工工作。唐唐山地震震后，凡有有地下室室的房屋屋，上部部结构破破坏均较较轻，开开滦煤矿矿地下车车库和地地下水电电系统在震震后仍可可照常使使用，在在救灾工工作中发发挥了巨巨大作用用。软土上的的基础以以整体性性较好的的筏板基基础、箱箱型基础础或十字字交叉条条形基础础较为理想。。对于内内框架结结构，柱柱下宜采采用刚度度较大的的墙式条条基。平平面布置置上应尽尽可能使基基础连续续而不间间断，并并力求取取直以防防扭断。。也可采采取加固固措施，，消除或或减少软土土的震陷陷或可液液化地基基产生的的不均匀匀沉降。。7/12/2016天然地基基与基础础的抗震震验算•1．不进行行天然地地基与基基础抗震震验算的的建筑•根据对我我国多次次强地震震中建筑筑遭受破破坏资料料的分析析，下列列在天然然地基上的各各类建筑筑极少产产生由于于地基破破坏而引引起的结结构破坏坏，故可可不进行地基基及基础础的抗震震承载力力验算。。•1）规范规规定可不不进行上上部结构构抗震验验算的建建筑。•2）地基主主要受力力层范围围内不存存在软弱弱黏性土土层的下下列建筑筑：•①一般的的单层厂厂房和单单层空旷旷房屋；；•②砌体房房屋；•③不超过过8层且高度在24m以下的一般民民用框架和框框架-抗震墙房屋；；•④基础荷载与与③项相当的的多层框架厂厂房和多层混混凝土抗震墙墙房屋。•注：软弱黏性性土层指7度、8度和9度时，地基承承载力特征值值分别小于80、100和120kPa的土层。7/12/20167/12/2016液化土地基抗抗震设计•液化的判别•当建筑物的地地基有饱和砂砂土或饱和粉粉土时，也经经过勘察试验预测其在未未来地震时是是否会出现液液化，并确定定是否需要采取相应的抗抗液化措施。。规范规定当当基本烈度为为6度时，一般情况下可可不进行判别别和处理，但但对液化沉陷陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行行判别和处理理，当基本烈烈度在7-9度时，乙类建建筑可按本地地区抗震设防防烈度的要求求进行判别和处理。7/12/2016液化指数和液液化等级•为了衡量液化化场地的危害害程度，规范范规定对于存存在液化土层的地基，应应在探明各液液化土层的深深度和厚度后后，确定液化场地的液化化指数，然后后再根据液化化指数来划分分场地的液化等级，以反反映场地液化化可能造成的的危害程度。。一般来说，，液化指数越大大，场地的喷喷水冒砂情况况和建筑物的的液化危害就越严重。其其分级结果及及相应震害情情况见表8-7所示。7/12/2016可液化地基的的抗震措施•1）全部消除地地基液化沉陷陷的措施，应应符合下列要要求：•采用桩基时，，桩端伸入液液化深度以下下稳定土层中中的长度（不不包括桩尖部分），应按按计算确定，，且对碎石土土，砾、粗、、中砂，坚硬硬黏性土和密实粉土尚不不应小于0.8m，对其他非岩岩石土尚不宜宜小于1.5m。•采用深基础时时，基础底面面应埋入液化化深度以下的的稳定土层中中，其深度不应小于0.5m。•采用加密法（（如振冲、振振动加密、挤挤密碎石桩、、强夯等）加加固时，应处理至液化深深度下界；振振冲或挤密碎碎石桩加固后后，桩间土的的标准贯入锤击数不宜小小于规范规定定的液化判别别标准贯入锤锤击数临界值值。•用非液化土替替换全部液化化土层，或增增加上覆非液液化土层的厚厚度。•采用加密法或或换土法处理理时，在基础础边缘以外的的处理宽度，，应超过基础底面下处理理深度的1/2且不小于基础础宽度的1/5。7/12/2016•2）部分消除地地基液化沉陷陷的措施，应应符合下列要要求：•处理深度应使使处理后的地地基液化指数数减少，其值值不宜大于5；大面积筏基、箱基的的中心区域，，处理后的液液化指数可比比上述规定降降低1；对独立基础和条条形基础，尚尚不应小于基基础底面下液液化土特征深深度和基础宽度的较大值值。（中心区区域指位于基基础外边界以以内沿长宽方方向距外边界大于相应方方向l/4长度的区域））•采用振冲或挤挤密碎石桩加加固后，桩间间土的标准贯贯入锤击数不不宜小于按规范规定的液液化判别标准准贯入锤击数数临界值。•基础边缘以外外的处理宽度度，应符合规规范的要求。。•采取减小液化化震陷的其他他方法，如增增厚上覆非液液化土层的厚厚度和改善周边的排水条条件等。•3）减轻液化影影响的基础和和上部结构处处理，可综合合采用下列各各项措施：•选择合适的基基础埋置深度度。•调整基础底面面积，减少基基础偏心。•加强