1、工程抗震輔導資料三主 題：第二章 建筑場地、地基和基礎（第13節）學習時間：2013年10月14日10月20日內 容：這周我們將學習第二章中的第13節，這部分主要介紹場地劃分與場地區劃、地基抗震驗算以及地基土液化及其防治，下面整理出的框架供同學們學習，希望能夠幫助大家更好的學習這部分知識。一、學習要求1、重點掌握場對建筑地震破壞的影響；2、掌握建筑場地類別的劃分；3、了解等效剪切波速的計算；4、了解地基抗震驗算；5、了解地基土的液化及防治。二、主要內容（一）場地及地震效應1、場地的概念場地是指工程群體所在地，具有相似的反應譜特征。其范圍大體相當于廠區、居民點和自然村或不小于1.0km2的范圍。

2、2、影響地震中建筑物的破壞程度的因素地震中建筑物的破壞程度（地面運動）與地震類型（震源機制）、結構類型、地震波傳播路徑、建筑場地條件、結構-土相互作用等因素密切相關。多年震害調查統計結果顯示，房屋倒塌率隨土層厚度的增加而加大，比較而言，軟弱場地上的建筑物震害一般重于堅硬場地。3、土層的過濾和選擇放大作用 地震波是由多種頻率成分構成，在地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有周期相一致的頻率波群被放大，而另一些頻率波群被衰減或過濾掉。當建筑物的固有周期與地震動的卓越周期相接近時，建筑物的振動會加大，震害加重。4、地震動的卓越周期在振幅譜中幅值最大的頻率分量對應的周期，稱為地震動的卓越周期。

3、地表地震動的卓越周期取決于場地的固有周期（二）覆蓋層厚度覆蓋層厚度原是指從地表面至地下基巖面的距離，從地震波傳播的觀點看，基巖界面是地震波傳播途徑中一個強烈的反射與折射面，此界面以下的巖層振動剛度要比上部土層的相應值大很多。一般情況下，覆蓋層厚度指地面至剪切波速大于500m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均不小于500m/s的土層頂面的距離。當地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土層剪切波速2.5倍的土層，且該層及其下臥各層巖土的剪切波速均不小于400m/s時，可按地面至該土層頂面的距離確定。剪切波速大于500m/s的孤石、透鏡體，應視為同周圍土層。土層中的火山巖硬夾層應視為剛體，其厚度應從覆蓋

4、土層中扣除。（三）場地類別劃分1、場地類別場地類別是根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度兩個指標綜合確定的。其中土層等效剪切波速是令剪切波穿過多土層的時間等于等效剪切波速穿過均質土層的時間。2010版抗震規范根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度兩個指標將場地類別進行劃分，見下表1。表1 各類建筑場地的覆蓋層厚度（m）等效剪切波速（m/s）場地類別0類1類類類類800080050005002505525015033505015033151580802、等效剪切波速等效剪切波速的計算公式為其中：計算深度，取覆蓋層厚度和20m兩者的較小值；計算深度范圍內土層的分層數；第層土的剪切波速；第層土的厚度。

5、在實際工程中，很難精確的測量各個土層的剪切波速。因此，對于不超過10層和高度不超過24m的丙類建筑及丁類建筑，無實測剪切波速時，可根據巖土性狀按照表2內容劃分土的類型，并利用經驗估計各個土層的剪切波速。表2 土的類型劃分土的類型巖石名稱和性狀土層剪切波速（m/s）巖石堅硬、較硬且完整的巖石800堅硬土或軟質巖石破碎和較破碎的巖石或軟和較軟的巖石，密實的碎石土800500中硬土中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，fak150的黏性土和粉土，堅硬黃土250500中軟土稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細、粉砂，fak150的黏性土和粉土，fak130的填土，可塑新黃土150250軟弱土淤泥和

6、淤泥質土，松散的砂，新近沉積的黏性土和粉土，fak130的填土，流塑黃土150注：fak為由荷載試驗等方法得到的地基土靜承載力特征值。（四） 地基抗震設計原則對歷史震害資料的統計分析表明，一般土地基在地震時很少發生問題，造成上部建筑物破壞的主要是松軟土地基和不均勻的地基。因此，設計地震區的建筑物，應該根據土質的不同情況采用不同的處理方法。1、松軟土地基松軟土地基通常是指飽和的淤泥和淤泥質土、沖填土和雜填土，不均勻地基土。松軟土的地基失效不能采用加寬基礎、加強上部結構等措施克服，而應該采用地基處理措施（置換、加密、強夯等）消除土的動力不穩定性，或者采用樁基礎等深基礎避開可能失效的地基對上部建筑的

7、不利影響。2、不需進行天然地基基礎抗震驗算的建筑：（1）規范規定可不進行上部結構抗震驗算的建筑；（2）砌體房屋；（3）主要受力層范圍內不存在軟弱黏性土層的一般的單層廠房、單層空曠房屋、不超過8層，且高度24m以下的一般民用框架和框架-抗震墻房屋；（4）基礎荷載與上一條相當的多層框架廠房和多層混凝土抗震墻房屋。（五）地基土抗震承載力地基土抗震承載力的計算采取在地基土靜承載力的基礎上乘以提高系數的方法。我國建筑抗震設計規范規定，在進行天然地基抗震承載力驗算時，地基土的抗震承載力應按下式計算：式中：調整后的地基土抗震承載力；地基土抗震調整系數（1.0），按照下表3采用；深寬修正后的地基承載力特征值。

8、表3 地基土抗震承載力調整系數巖石名稱和性狀巖石，密實的碎石土，密實的礫、粗、中砂，fak300的黏性土和粉土1.5中密、稍密的碎石土，中密和稍密的礫、粗、中砂，密實和中密的細、粉砂，150kpfak300kp的黏性土和粉土，堅硬黃土1.3稍密的細、粉砂，100kpfak150kp的黏性土和粉土，可塑黃土1.1淤泥，淤泥質土，松散的砂，雜填土，新近堆積的黃土和流塑黃土1.0地基土抗震承載力一般高于地基土靜載承載力，其原因可以從地震作用下只考慮地基土的彈性變形而不考慮永久變形這一角度得到解釋。（六）地基抗震驗算位于地震區的建筑物，當需要驗算地基抗震承載力時，應將建筑物上各類荷載效應和地震作用效應

9、加以組合，并取基礎底面的壓力為直線分布，如下圖1所示，具體的驗算要求如下：式中：基礎底面地震效應組合的平均壓力設計值 基礎邊緣地震效應組合的最大壓力設計值圖1 基地壓力驗算對于高寬比大于4的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現拉應力；對于其他建筑，則要求基礎底面零應力面積不超過基礎底面的15%。（七）地基土液化及危害1、液化的概念：飽和松散的砂土或粉土（不含黃土），地震時易發生液化現象，使地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現象一般稱為砂土液化或地基土液化。其產生的機理為：地下水位以下的飽和砂土和粉土顆粒在地震作用下，土顆粒之間有變密的趨勢。因空隙水不能及時排出，土顆粒就處于懸浮狀態，形

10、成如同液體一樣的現象，即所謂的土的液化現象。2、地基土液化的危害液化使土體的抗震強度喪失，引起地基不均勻沉陷并引發建筑物的破壞甚至倒塌。歷次地震災害調查發現，在地基失效破壞中由砂土液化造成的結構破壞在數量上占有很大的比例。（八）液化的判別地基土液化判別過程可以分為初步判斷和標準貫入試驗判別兩大步驟。下面分別予以介紹。1、初步判斷飽和的砂土或粉土（不含黃土）當符合下列條件之一時，可初步判別為不液化或不考慮液化影響：（1）地質年代為第四紀晚更新世（Q3）及其以前時且處于烈度7度或者8度地區時可判為不液化土。（2）粉土的粘粒（粒徑<0.005mm）含量百分率當烈度為7度時大于10、當烈度為8度

11、時大于13、當烈度為9度時大于16，可判為不液化土。（3）淺埋天然地基，當地下水位深度和覆蓋非液化土層厚度滿足下式之一時，可不考慮液化影響。式中：地下水位深度（m），按建筑設計基準期內年平均最高水位采用，也可以按照近期內年最高水位采用基礎埋置深度（m），小于2m時應采用2m；液化土特征深度，按規定采用；上覆非液化土層厚度（m），計算時應注意將淤泥和淤泥質土層扣除。2、標準貫入試驗當上述所有的條件均不能滿足時，地基土存在液化可能。此時，應采用標準貫入實驗進一步判別其是否液化。標準貫入試驗設備由穿心錘（標準重量63.5kg）、觸探桿、貫入器等組成。試驗時，先用鉆具鉆至試驗土層標高以上15cm，再將

12、標準貫入器打至試驗土層標高位置，然后，在錘的落距為76cm的條件下，連續打入土層30cm，記錄所得錘擊數為N63.5。根據測得的N63.5數據，對照相應規范進行液化土判別。注意新舊規范中判別公式的不同。（九）液化地基的評價根據液化指數的大小，可將液化地基劃分為三個等級，01版規范給出了判別深度為20m和15m兩種情況，新規范只給出了判別深度為20m的情況。液化等級與液化指數的對應關系見下表4。表4 液化等級與液化指數的對應關系液化等級輕微中等嚴重判別深度為15m時的液化指數判別深度為20m時的液化指數不同等級的液化地基，地面的噴砂冒水情況對建筑物造成的危害有顯著的不同，見下表5所示。表5 不同

13、液化等級的可能震害液化等級地面噴水冒砂對建筑的危害輕微地面無噴水冒砂，或僅在洼地、河邊有零星的噴水冒砂點危害性小，一般不致引起明顯的震害中等噴水冒砂可能性大，從輕微到嚴重都有，多數屬于中等危害性較大，可造成不均勻沉陷和開裂，有時不均勻沉陷可達200mm嚴重一般噴水冒砂嚴重，地面明顯變形危害性大，不均勻沉陷可能大于200mm，重心高的結構可能產生不允許的傾斜（十）液化地基的處理方法根據液化指數和建筑物的類別，對地基進行不同程度的處理。1、全部消除地基液化沉陷：采用樁基礎、深基礎、土層加密法或挖除區別液化土層。2、部分消除地基液化沉陷：處理后的液化指數減小。3、基礎和上部結構處理：選擇基礎埋深，調整基底面積，減少偏心；加強基礎的整體性和剛度；增強上部結構整體剛度、均勻對稱，合理設置沉降縫；管道穿過處采用柔性接頭；4、不處理。三、典型習題（一）簡答題1簡述土層的過濾和選擇放大作用。答：地震波是由多種頻率成分構成，在地震波通過覆蓋土層傳向地表的過程中，與土層固有周期相一致的頻率波群被放大，而另一些頻率波群被衰減或過濾掉