基础工程课件第9章 地基基础抗震.pdf

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1、9. 抗震地基基础抗震地基基础 7/14/202129.抗震地基基础 内容提要内容提要n 地震的基本概念地震的基本概念n 地基基础的震害现象地基基础的震害现象n 地基基础抗震设计目标和方法地基基础抗震设计目标和方法n 地基基础抗震方案选择地基基础抗震方案选择n 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理7/14/202139.抗震地基基础9.1.1 9.1.1 地震的基本概念地震的基本概念n 地震的成因及地震带的分布地震的成因及地震带的分布成因：成因：构造；火山；陷落；激发构造；火山；陷落；激发两大地震带：两大地震带：环太平洋地震带、地中海环太平洋地震带、地中海- -喜马喜马拉雅地震带。拉雅地震

2、带。震源震源: :地震发源处。地震发源处。震中震中: :震源在地表面的垂直投影点。震源在地表面的垂直投影点。7/14/202149.抗震地基基础9.1.1 9.1.1 地震的基本概念地震的基本概念n 地震波及其特征地震波及其特征 地震波地震波 地壳内积累的能量急剧释放并以波的形式传播。地壳内积累的能量急剧释放并以波的形式传播。 地震波的形式及特征地震波的形式及特征 横波：横波：波速快、衰减快。波速快、衰减快。 纵波：纵波：较横波次之。较横波次之。 面波：面波：波速慢，携带大部分能量。波速慢，携带大部分能量。7/14/202159.抗震地基基础9.1.2 9.1.2 震级与烈度震级与烈度n 震震

3、 级级定义：定义：对地震中释放能量大小的度量，由记录对地震中释放能量大小的度量，由记录的地震波的最大振幅确定。的地震波的最大振幅确定。 该定义由该定义由里希特里希特（ 1935年）给出，其确定的年）给出，其确定的地震震级称为里氏震级，简称震级，以地震震级称为里氏震级，简称震级，以M表示。表示。 7/14/202169.抗震地基基础9.1.2 9.1.2 震级与烈度震级与烈度n 烈烈 度度定义：定义：某一地点在某次地震时所受影响程度。某一地点在某次地震时所受影响程度。基本烈度：基本烈度：一个地区在今后一定时期内在一般一个地区在今后一定时期内在一般场地条件下可能遇到的最大地震烈度。场地条件下可能遇

4、到的最大地震烈度。场地烈度：场地烈度：指区域内一个具体场地的烈度。指区域内一个具体场地的烈度。 设防烈度：设防烈度：指按国家规定权限批准的作为一个指按国家规定权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。地区抗震设防依据的地震烈度。7/14/202179.抗震地基基础9.2 9.2 地基基础的震害现象地基基础的震害现象n饱和砂土和粉土的振动液化饱和砂土和粉土的振动液化n地震滑坡和地裂地震滑坡和地裂n土的震陷土的震陷n地地 裂裂9.1.2 9.1.2 地基的震害地基的震害7/14/202189.抗震地基基础n 饱和砂土和粉土的振动液化饱和砂土和粉土的振动液化 定义定义 周期性地震荷载作用下，孔隙

5、水压力逐渐累积，周期性地震荷载作用下，孔隙水压力逐渐累积， 甚至完全抵消有效应力，使土粒悬浮而接近液体。甚至完全抵消有效应力，使土粒悬浮而接近液体。 液化的宏观标志液化的宏观标志 地表裂缝中喷水冒砂，地面下陷，建筑物产生巨地表裂缝中喷水冒砂，地面下陷，建筑物产生巨 大沉降和严重倾斜，甚至失稳。大沉降和严重倾斜，甚至失稳。 多发土层多发土层 饱和粉、细砂及塑性指数小于饱和粉、细砂及塑性指数小于7 7的粉土中，因此类的粉土中，因此类 土既缺乏粘聚力又排水不畅。土既缺乏粘聚力又排水不畅。9.1.2 9.1.2 地基的震害地基的震害7/14/202199.抗震地基基础n 地震滑坡和地裂地震滑坡和地裂

6、滑坡产生原因滑坡产生原因地震时边坡滑楔承受附加惯性力，下滑力增大；另地震时边坡滑楔承受附加惯性力，下滑力增大；另外，地震时孔隙水压增高，有效应力降低，减小了外，地震时孔隙水压增高，有效应力降低，减小了阻止滑动的内摩擦力，多出现于土中夹砂层情况。阻止滑动的内摩擦力，多出现于土中夹砂层情况。 地裂产生原因地裂产生原因震后地表产生大量裂缝成为地裂，其与地震滑坡引震后地表产生大量裂缝成为地裂，其与地震滑坡引起的地层相对错动密切相关，也有因砂土液化等使起的地层相对错动密切相关，也有因砂土液化等使地表沉降不均匀引起地裂的。地表沉降不均匀引起地裂的。9.1.2 9.1.2 地基的震害地基的震害7/14/20

7、21109.抗震地基基础n 土的震陷土的震陷定义：定义：地震时地面的巨大沉陷称为震陷或震沉。地震时地面的巨大沉陷称为震陷或震沉。产生原因产生原因 松砂经震动后趋于密实而沉缩；松砂经震动后趋于密实而沉缩； 饱和砂土经振动液化后，涌向四周洞穴或从地饱和砂土经振动液化后，涌向四周洞穴或从地 表缝中逸出而引起地面变形；表缝中逸出而引起地面变形； 淤泥质粘土经震动后，结构受扰动而强度显著淤泥质粘土经震动后，结构受扰动而强度显著 降低，产生附加沉降。降低，产生附加沉降。9.1.2 9.1.2 地基的震害地基的震害7/14/2021119.抗震地基基础n沉降、不均匀沉降和倾斜沉降、不均匀沉降和倾斜n水平位移

8、水平位移n受拉破坏受拉破坏9.2.2 9.2.2 建筑基础的震害建筑基础的震害7/14/2021129.抗震地基基础9.3.1 9.3.1 地基基础抗震设计目标和方法地基基础抗震设计目标和方法n 目标和方法目标和方法 抗震设计目标抗震设计目标 三个水准设计：三个水准设计：小震不坏；中震可修；大震不倒。小震不坏；中震可修；大震不倒。 抗震设计的方法抗震设计的方法 两阶段设计：两阶段设计：承载力验算；弹塑性变形验算。承载力验算；弹塑性变形验算。 地基基础一般只进行第一阶段设计。地基基础一般只进行第一阶段设计。 对于地基液化验算直接采用第二水准烈度，对于地基液化验算直接采用第二水准烈度， 对判明存在

9、液化土层的地基，采取相应抗液化措施。对判明存在液化土层的地基，采取相应抗液化措施。 地基基础第三水准设防由概念设计和构造措施满足。地基基础第三水准设防由概念设计和构造措施满足。 7/14/2021139.抗震地基基础n 概念设计概念设计指从宏观上对建筑结构作合理的选型、规划和布指从宏观上对建筑结构作合理的选型、规划和布置，选用合格的材料，采取有效的构造措施等。置，选用合格的材料，采取有效的构造措施等。地震作用对地基基础影响的研究，目前还很不足，地震作用对地基基础影响的研究，目前还很不足，故地基基础抗震设计更应重视概念设计。故地基基础抗震设计更应重视概念设计。场地选择与处理，地基场地选择与处理，

10、地基- -上部结构动力相互作用，上部结构动力相互作用，地基基础类型的选择等都是概念设计的重要方面。地基基础类型的选择等都是概念设计的重要方面。9.3.1 9.3.1 地基基础抗震设计目标和方法地基基础抗震设计目标和方法7/14/2021149.抗震地基基础9.3.2 9.3.2 场地选择场地选择n场地类别划分场地类别划分建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准，按下表划分为四类：和场地覆盖层厚度为准，按下表划分为四类：7/14/2021159.抗震地基基础n 场地选择原则场地选择原则影响建筑震害和地震动参数的影响建筑震害和地震动参数的

11、场地因素场地因素很多，其中包很多，其中包括有局部地形、地质构造、地基土质等。括有局部地形、地质构造、地基土质等。对抗震有利的地段，对抗震有利的地段，系指地震时地面无残余变形的坚系指地震时地面无残余变形的坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土范围或地区；硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土范围或地区；不利地段不利地段为可能产生明显地基变形或失效的某一范围为可能产生明显地基变形或失效的某一范围或地区；或地区；危险地段危险地段指可能发生严重的地面残余变形的某一范围指可能发生严重的地面残余变形的某一范围或地区。或地区。9.3.2 9.3.2 场地选择场地选择7/14/2021169.抗震地基基础n 场地选择场地选

12、择抗震规范抗震规范中将场地划分为中将场地划分为有利、不利和危险地有利、不利和危险地段段的具体标准下表所示。的具体标准下表所示。9.3.2 9.3.2 场地选择场地选择7/14/2021179.抗震地基基础n 地基基础抗震基本措施地基基础抗震基本措施 选择有利的场地；选择有利的场地； 加强基础和上部结构的整体性；加强基础和上部结构的整体性； 加强基础的防震性能。加强基础的防震性能。9.3.3 9.3.3 地基基础方案选择地基基础方案选择n 地基基础抗震设计基本要求地基基础抗震设计基本要求同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基上，尤其不同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基上，尤其不要放在半挖

13、半填的地基上；要放在半挖半填的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分为桩基；同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分为桩基；对软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土地基，对软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土地基，应估计不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。应估计不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。7/14/2021189.抗震地基基础n 决定基础类型和埋深时，还应考虑决定基础类型和埋深时，还应考虑 同一结构单元的基础不宜采用不同的基础埋深；同一结构单元的基础不宜采用不同的基础埋深； 深基础通常比浅基础有利，因其可减少来自基底的振深基础通常比浅基础有利，因其可

14、减少来自基底的振动能量输入。动能量输入。 纵横内墙较密的地下室、箱基和筏基抗震性能较好。纵横内墙较密的地下室、箱基和筏基抗震性能较好。 地基较好、建筑层数不多时，可采用单独基础，但最地基较好、建筑层数不多时，可采用单独基础，但最好用地基梁联成整体，或采用交叉条形基础；好用地基梁联成整体，或采用交叉条形基础； 桩基和沉井基础抗震性能较好，是防止因地基液化或桩基和沉井基础抗震性能较好，是防止因地基液化或严重震陷而造成震害的有效方法。严重震陷而造成震害的有效方法。 桩基宜采用低承台，以发挥承台周围土体阻抗作用桩基宜采用低承台，以发挥承台周围土体阻抗作用。9.3.3 9.3.3 地基基础方案选择地基基

15、础方案选择7/14/2021199.抗震地基基础n 基底平均压力和边缘最大压力应符合下列要求：基底平均压力和边缘最大压力应符合下列要求： pfaEpmax1.2 faE p 地震作用效应标准组合的基础底面平均压力；地震作用效应标准组合的基础底面平均压力；pmax 地震作用效应标准组合的基础底面边缘最大压力；地震作用效应标准组合的基础底面边缘最大压力； faE 调整后的地基抗震承载力，调整后的地基抗震承载力， 按下式计算：按下式计算：faE= afa a a 地基抗震承载力调整系数，可查表；地基抗震承载力调整系数，可查表； fa 深宽修正后的地基承载力特征值。深宽修正后的地基承载力特征值。 9.

16、3.4 9.3.4 天然地基承载力验算天然地基承载力验算7/14/2021209.抗震地基基础n 液化判别和处理的一般原则：液化判别和处理的一般原则：对饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）地基，除对饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）地基，除6 6度外，应进行液化判别；度外，应进行液化判别；6 6度区一般可不判别和处理，但对液化沉陷敏感度区一般可不判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按的乙类建筑可按7 7度要求进行判别和处理；度要求进行判别和处理；存在液化土层的地基，应根据建筑抗震设防类存在液化土层的地基，应根据建筑抗震设防类别、地基液化等级，结合具体情况采取措施。别、地基液化等级，结合具体情况采取措

17、施。9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理7/14/2021219.抗震地基基础9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理n 液化判别和危险性估计方法液化判别和危险性估计方法 地面以下地面以下15m15m范围内，液化判别标贯击数临界值范围内，液化判别标贯击数临界值Ncr按下式计算：按下式计算： 地面以下地面以下1520m深度范围内，深度范围内， Ncr按下式计算：按下式计算：式中式中 Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值；液化判别标准贯入锤击数临界值； N0液化判别标准贯入锤击数基准值，按表液化判别标准贯入锤击数基准值，按表9-8采用；采用； ds

18、饱和土标准贯入试验点深度（饱和土标准贯入试验点深度（m）；）； dw地下水位深度（地下水位深度（m）；）； c粘粒含量百分率，当小于粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取或是砂土时，均应取3。7/14/2021229.抗震地基基础9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理n 地基的抗液化措施及选择地基的抗液化措施及选择 液化土层较平坦且均匀时，宜按下表选用地基抗液化措施；液化土层较平坦且均匀时，宜按下表选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据对液化尚可计入上部结构重力荷载对液化危害的影响，根据对液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。震陷量的估计

19、适当调整抗液化措施。 建筑抗震建筑抗震设设防防类别类别地基的液化等地基的液化等级级轻轻微微中等中等严严重重乙乙类类部分消除液化沉陷，部分消除液化沉陷，或或对对基基础础和上和上部部结结构构处处理理全部消除液化沉陷，全部消除液化沉陷，或部分消除液化或部分消除液化沉陷且沉陷且对对基基础础和和上部上部结结构构处处理理全部消除液化沉陷全部消除液化沉陷丙丙类类基基础础和上部和上部结结构构处处理，亦可不采理，亦可不采取措施取措施基基础础和上部和上部结结构构处处理，理，或更高要求的措或更高要求的措施施全部消除液化沉陷，或全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且部分消除液化沉陷且对对基基础础和上部和上部结结构构处

20、处理理丁丁类类可不采取措施可不采取措施可不采取措施可不采取措施基基础础和上部和上部结结构构处处理或理或其它其它经济经济的措施的措施7/14/2021239.抗震地基基础n 地基的抗液化措施及选择地基的抗液化措施及选择 全部消除全部消除地基液化沉陷的措施应符合下列要求：地基液化沉陷的措施应符合下列要求：采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分）应按计算确定；的长度（不包括桩尖部分）应按计算确定；采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于稳定土层中，其深度不应小于0

21、.5m；采用振冲或挤密碎石桩等地基处理方法加密采用振冲或挤密碎石桩等地基处理方法加密;用非液化土替换全部液化土层。用非液化土替换全部液化土层。9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理7/14/2021249.抗震地基基础n 地基的抗液化措施及选择地基的抗液化措施及选择 部分消除部分消除地基液化沉陷的措施应符合下列要求：地基液化沉陷的措施应符合下列要求： 处理深度应使处理后的地基液化指数减小；处理深度应使处理后的地基液化指数减小；采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标贯击数采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标贯击数不宜小于前述不宜小于前述 液化判别标贯击数的临界值；液化

22、判别标贯击数的临界值；基础边缘以外的处理宽度应超过基础地面以下处理基础边缘以外的处理宽度应超过基础地面以下处理深度的深度的1/2，且不小于基础宽度的，且不小于基础宽度的1/5。9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理7/14/2021259.抗震地基基础n 地基的抗液化措施及选择地基的抗液化措施及选择 减轻液化影响减轻液化影响的基础和上部结构处理措施：的基础和上部结构处理措施： 选择合适的基础埋置深度选择合适的基础埋置深度 调整基础底面积，减少基础偏心调整基础底面积，减少基础偏心 加强基础整体性和刚度如采用箱基筏基或设圈梁加强基础整体性和刚度如采用箱基筏基或设圈梁 减轻荷载，增强上部结构整体刚度和均匀对称减轻荷载，增强上部结构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；感的结构形式等； 管道穿过建筑物处应预留空间或采用柔性接头等。管道穿过建筑物处应预留空间或采用柔性接头等。9.3.5 9.3.5 地基液化的判别与处理地基液化的判别与处理