《抗震结构设计》多媒体课件 第2章 场地、地基和基础.ppt
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1、2 场地、地基和基础武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社 重点掌握 场地土与场地类别;砂土液化。了解内容地基与基础的抗震验算;软土地基与桩基的抗震设计。本章学习内容n 场地场地(site)(site)即指工程群体所在地,具有相似的反应谱特征,其范围相当即指工程群体所在地,具有相似的反应谱特征,其范围相当于厂区、居民小和自然村或不小于于厂区、居民小和自然村或不小于1.0平方公里的平面面积。平方公里的平面面积。2.1场地场地按建筑按建筑物震害物震害程度程度有利场地不利场地危险场地坚硬土中硬土软弱土山丘山嘴液化土滑坡泥石流地裂 水边地的地下水边地的地下水位较高,土质也水位较高,土质也较松软,容易在地
2、较松软,容易在地震时产生土壤滑动震时产生土壤滑动或地层液化。或地层液化。山坡地在地震山坡地在地震时会产生土壤滑动。时会产生土壤滑动。用另外的土石用另外的土石來填补地基,常有來填补地基,常有土壤密实度不足情土壤密实度不足情形,导致建筑物在形,导致建筑物在地震时产生倾斜、地震时产生倾斜、沉陷。沉陷。冲积地的土质冲积地的土质松软,地震时容易松软,地震时容易塌陷,如果此处有塌陷,如果此处有地下水层,还容易地下水层,还容易发生液化。发生液化。2.1场地场地n 不利的场地条件不利的场地条件 谷地或低地,这里的建筑物谷地或低地,这里的建筑物容易在地震发生时,受土石崩塌容易在地震发生时,受土石崩塌破坏。破坏。
3、n 不利的场地条件不利的场地条件2.1场地场地临近悬崖临近悬崖,容易滑落。容易滑落。萨尔瓦萨尔瓦多地震多地震引发了引发了一巨大一巨大的泥石的泥石流,数流,数百户人百户人家被埋家被埋在泥石在泥石里,估里,估计有计有1200多多人遇难。人遇难。n 不利的场地条件不利的场地条件2.1场地场地n 不利的场地条件不利的场地条件2.1场地场地 断裂带是地质上的薄弱环节,浅断裂带是地质上的薄弱环节,浅源地震多与断裂活动有关。源地震多与断裂活动有关。n 不利的场地条件不利的场地条件2.1场地场地u对符合下列规定之一的情况,可忽略发震断裂错动对地面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。建
4、筑的影响。:抗震设防烈度小于抗震设防烈度小于8 8度;度;非全新世活动断裂;非全新世活动断裂;抗震设防烈度为抗震设防烈度为8 8度和度和9 9度时,前第四纪基岩隐伏断度时,前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于裂的土层覆盖厚度分别大于60m60m和和90m90m。u 对对不不符符合合上上文文第第1 1款款规规定定的的情情况况,应应避避开开主主断断裂裂带带。其其避避让让距距离离不不宜宜 小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。_ _300m300m500m500m 专门研究专门研究专门研究专门研究9 9_200m200m300m300m 专门研究专门研究专
5、门研究专门研究 8 8丁丁丁丁丙丙丙丙乙乙乙乙 甲甲甲甲建筑抗震设防类别建筑抗震设防类别烈度烈度发震断裂最小避让距离发震断裂最小避让距离1.场地土场地土 (Site Soil)(Site Soil)指场地范围内的地基土。指场地范围内的地基土。n一一般般地地,软软弱弱地地基基对对建建筑筑物物有有增增长长周周期期、改改变变振振型型和和增增大大阻阻尼尼的的作作用用。在在软软弱弱地地基基上上,柔柔性性结结构构最最容容易易破破坏坏,刚刚性性结结构构则则较较好好;坚坚硬硬地地基基上上,柔柔性性结结构构表表现现较较好好,而而则则性性结结构构有有的的表表现现较较差差。总总的的来来说说,软软弱弱地地基更为不利。
6、基更为不利。n场场地地土土对对建建筑筑物物震震害害的的影影响响,主主要要与与场场地地土土的的坚坚硬硬程程度度和和土土层层的的组组成有关。成有关。n场地土类别的划分可按土层的场地土类别的划分可按土层的剪切波速剪切波速Vs或或等效剪切波速等效剪切波速Vse来划分。来划分。n等等效效剪剪切切波波速速se是是根根据据地地震震波波通通过过计计算算深深度度范范围围内内多多层层土土层层的的时时间等于该波通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求出的。间等于该波通过计算深度范围内单一土层所需时间的条件求出的。2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度等效剪切波速等效剪切波速se为何
7、用剪切波速而非压缩波来判定土的类型?为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型?2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度先由波速公式说起:先由波速公式说起:当泊松比变化时:当泊松比变化时:为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型?为何用剪切波速而非压缩波来判定土的类型?由式 可知:泊松比对剪切波速度影响不太大,相对稳定,而对压缩波影响很大(例如=0.20.48时)。这种变化特征对于现场测试VP时的要求很高,而实际上很难做到。土可以认为是由骨架(矿物、砂粒等)与填充物(气体、液体等)组成。剪切波不能在气体或液体中传播,即VS只与土的骨架性质有关,而与填充特无关。岩土的骨架
8、和颗粒之间的连接形式,是在一定的历史时期形成的,它相对稳定。而而压压缩缩波波则则不不同同,它它可可以以在在任任何何介介质质中中传传播播,所所以以VP除除了了与与土土的的压压实实程程度度和和弹弹性性常常数数有有关关外外,还还和和岩岩土土的的含含水水量量和和人人类活动等因素有关,因此,用类活动等因素有关,因此,用VS则更能客观地反映土的性质。则更能客观地反映土的性质。2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度 剪切波速的测试剪切波速的测试方法方法 震震源源设设备备:主主要要有有击击板板法法、弹弹簧簧激激振振法和定向爆破法三种。法和定向爆破法三种。测测试试仪仪器器:由由孔
9、孔内内三三分分量量检检波波器器与与地地震震仪仪组成。组成。测测试试方方法法:单单孔孔法法单单孔孔法法(单单孔孔检检层层法法,也也称称弹弹性性波波速速度度测测井井、跨孔法、折射波法等。跨孔法、折射波法等。2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度地震仪充气装置气囊三分量检波器单单孔孔法法波波速速测测试试现现场场连连接接图图vs1vs2vsivsnd1d2didnd1d0自然地面自然地面vsed0自然地面自然地面 等效剪切波速等效剪切波速Vse的确定方法的确定方法2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度土的类型 岩土名称和性状 土层剪切波速
10、范围(m/s)坚硬土或岩石 稳定岩石,密实的碎石土s500 中硬土 中密、稍密的碎石土,密实、中密的砾、粗、中砂,fak200的粘性土和粉土,坚硬黄土 500s250 中软土 稍密的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,fak200 的粘性土和粉土,fak130 的填土,可塑黄土 250s140软弱土 淤泥和淤泥质土,松散的砂,新近沉积的粘性土和粉土,fak130 的填土,流塑黄土 s140 2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度土的类型划分和剪切波速范围土的类型划分和剪切波速范围2.场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度(Thickness of site soil lay
11、er)(Thickness of site soil layer)在在一一般般情情况况下下,可可取取地地面面至至剪剪切切波波速速大大于于500m/s的的坚坚硬土层或岩层顶面的距离;硬土层或岩层顶面的距离;当当地地面面5m以以下下存存在在剪剪切切波波速速大大于于相相邻邻上上层层土土剪剪切切波波速速2.5倍倍的的土土层层且且其其下下卧卧岩岩土土层层的的剪剪切切波波速速均均不不小小于于400m/s时时,亦亦可可取取地地面面至至土土层层顶顶面面的的距距离离作作为为覆覆盖盖层层厚度;厚度;若若土土层层中中有有剪剪切切波波速速大大于于500m/s的的孤孤石石、透透镜镜体体,应应视视同同周周围围土土层层,土
12、土层层中中的的火火山山岩岩硬硬夹夹层层应应视视为为刚刚体体,其厚度应从覆盖土层中扣除。其厚度应从覆盖土层中扣除。一般来讲,震害随着覆盖层厚度的增加而加重。一般来讲,震害随着覆盖层厚度的增加而加重。2.1场地场地2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度场地土及场地覆盖层厚度抗震规范抗震规范指出:建筑场地类别应根据指出:建筑场地类别应根据土层等效剪切速波土层等效剪切速波和和场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度划分为划分为4类类。2.1场地场地2.1.2 场地类别场地类别等效剪切波速等效剪切波速(m/s)场地类别场地类别se5000500se25014050se140158080各类建筑场地的覆盖层厚度各类建筑场
13、地的覆盖层厚度 例例:已已知知某某建建筑筑场场地地的的钻钻孔孔土土层层资资料料如如表表所所示示,试试确确定定该该建建筑筑场地的类别。场地的类别。层底深层底深度度(m)土层厚土层厚度度(m)土的名称土的名称剪切波剪切波速速m/s9.59.5砂砂17037.828.3淤泥质粘土淤泥质粘土13043.65.8砂砂24060.116.5淤泥质粘土淤泥质粘土200632.9细砂细砂31069.56.5砾混粗砂砾混粗砂520(2)(2)地面下地面下20m20m以上场地土类型以上场地土类型解:解:(1)(1)确定覆盖层厚度确定覆盖层厚度(3)(3)确定建筑场地类别确定建筑场地类别属于中软土属于中软土属于属于
14、类场地类场地2.1场地场地2.1.2 场地类别场地类别v下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算:下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算:n砌体房屋砌体房屋n地基主要受力层范围内不存在地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层软弱粘性土层的下列建的下列建筑筑:一般单层厂房、单层空旷房屋一般单层厂房、单层空旷房屋;不超过不超过8层且高度在层且高度在25m以下的一般民用框架房屋以下的一般民用框架房屋;基础荷载与上一项相当的多层框架厂房。基础荷载与上一项相当的多层框架厂房。n 建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范规规定定可可不不进进行行上上部部结结构构抗抗震震验验算的建筑。算的建筑。注注:软软
15、弱弱粘粘性性土土层层指指7度度、8度度和和9度度时时,地地基基土土静静承承载力特征值分别小于载力特征值分别小于80kPa、100kPa和和120kPa的土层。的土层。2.2 天然地基与基础的抗震验算天然地基与基础的抗震验算2.2.1 不进行天然地基及基础不进行天然地基及基础不进行天然地基及基础不进行天然地基及基础抗震验算的建筑抗震验算的建筑抗震验算的建筑抗震验算的建筑 2.2 天然地基与基础的抗震验算天然地基与基础的抗震验算 由由于于作作用用时时间间短短促促,只只能能让让地地基基产产生生弹弹性性变变形形,而而永永久久变变形形却却来来不不及及发发生生,所所以以地地震震作作用用产产生生的的地地基基
16、变变形形较较同同值值的的静静载载产产生生的的变变形形要要小小得得多多。因因此此,从从容容许许变变形形的的角角度度考考虑虑,地地基基土土的的抗抗震震承承载载力力大大于于地地基基土土的的静静承承载载力。力。另另外外,考考虑虑到到地地震震作作用用的的偶偶然然性性和和短短暂暂性性以以及及工工程程结结构构的的经经济济性性,地地基基在在地地震震作作用用下下的的可可靠靠性性可可以以比比静静力力荷荷载载下下的的适适当当降降低低,故故在在确确定定地地基基土土的抗震承载力时,其取值应比地基土的静承载力有所提高。的抗震承载力时,其取值应比地基土的静承载力有所提高。地地震震乃乃极极短短期期动动载载,土土体体在在此此作
17、作用用下下,孔孔隙隙水水压压力力来来不不及及消消散散,此此时时地地基基承承载载力力实实从从抗抗剪剪总总应应力力而而来来。静静载载下下,孔孔隙隙水水压压力力来来的的及及消消散散,此此时时地地基基承承载载力力实实从从抗抗剪剪有有效效应应力力而而来来,故故地地基基的的抗抗震震承承载载力力大大于于静静承承载力载力.但有一个前提是土体不得液化,但有一个前提是土体不得液化,故此结论只适用于非液化地基。故此结论只适用于非液化地基。地基土的动承载力与静承载力比较,哪个大?地基土的动承载力与静承载力比较,哪个大?2.2.2 天然地基在地震作用下的天然地基在地震作用下的天然地基在地震作用下的天然地基在地震作用下的
18、抗震承载力验算抗震承载力验算抗震承载力验算抗震承载力验算1、地基土的抗震承载力2.2 天然地基与基础的抗震验算天然地基与基础的抗震验算n 地基土的抗震承载力地基土的抗震承载力faE岩土名称和性状岩土名称和性状s岩土,密实的碎石土,密实的砾、粗、中砂,岩土,密实的碎石土,密实的砾、粗、中砂,fak300粘性土和粉土粘性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土,中密和稍密的砾、粗、中砂,密实和中密的细、中密、稍密的碎石土,中密和稍密的砾、粗、中砂,密实和中密的细、粉砂,粉砂,150fak300粘性土和粉土,坚硬的黄土粘性土和粉土,坚硬的黄土1.3稍密的细、粉砂,稍密的细、粉砂,100fak150粘性土和粉
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