液化与基础抗震设计课件.ppt
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1、第第 4 4 讲讲液化与基础抗震设计液化与基础抗震设计2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计2地基基础抗震地基基础抗震 天然地基的震害特点天然地基的震害特点 高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震高压缩性饱和软粘土和承载力较低的淤泥质土在地震 中产生不同程度的震陷,造成上部结构的倾斜或破坏;中产生不同程度的震陷,造成上部结构的倾斜或破坏;杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基,土质松软杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基,土质松软 且承载力较低,易产生沉陷,使结构开裂;且承载力较低,易产生沉陷,使结构开裂;沟、坑、古河道、坡地办挖半填等非匀质地基在地震沟、坑、古河道、坡地办挖半填等
2、非匀质地基在地震 中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。中的不均匀沉降或地裂缝引起上部结构破坏。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计3地基基础抗震地基基础抗震 一般要求一般要求 同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上;同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用同一结构单元不宜部分采用天然地基而另外部分采用桩基;桩基;地基有软弱粘性土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时,宜地基有软弱粘性土、可液化土、新近填土或严重不均匀土层时,宜 加强基础的整体性和刚性;加强基础的整体性和刚性;根据具体情况,选择对抗震有利的基础类型,在抗震验
3、算根据具体情况,选择对抗震有利的基础类型,在抗震验算时应尽量时应尽量 考虑结构、基础和地基的相互作用影响,使之能反映地基基础在不考虑结构、基础和地基的相互作用影响,使之能反映地基基础在不 同阶段上的工作状态。同阶段上的工作状态。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计4地基基础抗震地基基础抗震 抗震验算范围抗震验算范围 砌体房屋;砌体房屋;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:地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑:地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑:(1)(1)一般的单层厂房和单层空旷房屋;一般的单层厂房和
4、单层空旷房屋;(2)(2)不超过不超过8 8层且高度在层且高度在25m25m以下的一般民用框架房屋;以下的一般民用框架房屋;(3)(3)基础荷载与基础荷载与(2)(2)项相当的多层框架厂房。项相当的多层框架厂房。规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计5地基基础抗震地基基础抗震 天然地基基础抗震验算天然地基基础抗震验算采用采用“拟静力法拟静力法”进行验算。进行验算。规范规定:基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求:规范规定:基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求:式中式中p p-基础底面平均压力(基
5、础底面平均压力(kPa)kPa)p pmaxmax基基础底面边缘最大压力础底面边缘最大压力(kPa)(kPa)f faE-aE-地基土抗震允许承载力地基土抗震允许承载力 高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑,在地震作用下基础底面不宜出现拉应力;其它建的高层建筑,在地震作用下基础底面不宜出现拉应力;其它建筑,基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的筑,基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%15%。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计6地基基础抗震地基基础抗震 地基土抗震承载力地基土抗震承载力地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。地基抗震承载力在静力
6、设计承载力基础上调整。调整的出发点:调整的出发点:地震是偶发事件,地基抗震承载力安全系数可比静载时降低;地震是偶发事件,地基抗震承载力安全系数可比静载时降低;多数土在有限次的动载下,强度较静载下稍高。多数土在有限次的动载下,强度较静载下稍高。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计7地基基础抗震地基基础抗震 地基土抗震承载力地基土抗震承载力式中式中f faE-aE-调整后的地基抗震承载力设计值调整后的地基抗震承载力设计值 -地基抗震承载力调整系数地基抗震承载力调整系数f fa-a-深宽修正后的地基承载力特征值,按深宽修正后的地基承载力特征值,按建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范GB5
7、0007GB50007采用采用1.01.0淤泥,淤泥质土,松散的砂,杂填土,淤泥,淤泥质土,松散的砂,杂填土,新近堆积黄土及流塑黄土新近堆积黄土及流塑黄土稍密的细、粉砂,稍密的细、粉砂,的粘性土和粉土,可塑黄土的粘性土和粉土,可塑黄土1.31.3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,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,的粘性土和粉土,坚硬黄土的粘性土和粉土,坚硬黄土1.51.5岩石,稍密的碎石土,密实的砾、粗、中砂,岩石,稍密的碎石土,密实的砾、粗、中砂,的粘性土和粉土的粘性土和粉土 岩土名称和性状岩土名称和性状地基土抗震承载力调整
8、系数地基土抗震承载力调整系数1.11.12023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计8场地土液化场地土液化 液化现象液化现象 处于地下水位以下的饱和砂土和粉土处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实,的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实,使空隙水压力急剧上升,而在地震作用的使空隙水压力急剧上升,而在地震作用的短暂时间内,这种急剧上升的空隙水压力短暂时间内,这种急剧上升的空隙水压力来不及消散,使原有土颗粒通过接触点传来不及消散,使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小,当有效压力完全消失时,递的压力减小,当有效压力完全消失时,土颗粒处于悬浮状态之中。这时,土体完土颗粒处于
9、悬浮状态之中。这时,土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为这种现象称为液化液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计9场地土液化场地土液化 液化现象液化现象 唐山地震时,严唐山地震时,严重液化地区喷水高度重液化地区喷水高度可达可达8 8米,厂房沉降米,厂房沉降可达可达1 1米。米。天津地震时,海天津地震时,海河故道及新近沉积土河故道及新近沉积土地区有近地区有近30003000个喷水个喷水冒砂口成群出现,一冒砂口成群出现,一般冒砂量般冒砂量0.1-10.1-1立
10、方立方米,最多可达米,最多可达5 5立方立方米。有时地面运动停米。有时地面运动停止后,喷水现象可持止后,喷水现象可持续续3030分钟。分钟。液化的震害:喷水冒砂淹没农田,液化的震害:喷水冒砂淹没农田,淤塞渠道,淘空路基;沿河岸出现裂缝、淤塞渠道,淘空路基;沿河岸出现裂缝、滑移,造成桥梁破坏,等等。滑移,造成桥梁破坏,等等。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计10场地土液化场地土液化 液化危害液化危害液化使建筑物产生下列震害:液化使建筑物产生下列震害:地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜;地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜;不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏,使梁板等水平构件
11、及其节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;点破坏,使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂;室内地坪上鼓、开裂,设备基础上浮或下沉。室内地坪上鼓、开裂,设备基础上浮或下沉。影响场地土液化的主要因素:影响场地土液化的主要因素:土层的地质年代;土层的地质年代;土层的土粒的组成和密实程度;土层的土粒的组成和密实程度;砂土层埋置深度和地下水位深度;砂土层埋置深度和地下水位深度;地震烈度和地震持续时间。地震烈度和地震持续时间。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计11场地土液化场地土液化 液化判别液化判别液化判别和处理的一般原则:液化判别和处
12、理的一般原则:对存在饱和砂土和粉土(不含黄土)的地基,除对存在饱和砂土和粉土(不含黄土)的地基,除6 6度外,应进行度外,应进行 液化判别。对液化判别。对6 6度区一般情况下可不进行判别和处理,但对液化度区一般情况下可不进行判别和处理,但对液化 敏感的乙类建筑可按敏感的乙类建筑可按7 7度的要求进行判别和处理。度的要求进行判别和处理。存在液化土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化存在液化土层的地基,应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化 等级结合具体情况采取相应的措施。等级结合具体情况采取相应的措施。2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计12场地土液化场地土液化 判别方法判别方法
13、 对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可对一般工程项目砂土或粉土液化判别及危害程度估计可按以下步骤进行:按以下步骤进行:初判初判 以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件。断条件。(1 1)地质年代为第四纪晚更新世()地质年代为第四纪晚更新世(Q3Q3)及以前时,)及以前时,7 7、8 8度可判为不度可判为不液化;液化;(2 2)当粉土的粘粒(粒径小于)当粉土的粘粒(粒径小于0.005mm0.005mm的颗粒的颗粒)含量百分率在含量百分率在7 7、8 8和和9 9度时分别大于度时分别大于1010、131
14、3和和1616可判为不液化;可判为不液化;2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计13场地土液化场地土液化 判别方法判别方法 (3 3)采用天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符)采用天然地基的建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时,可不考虑液化影响。合下列条件之一时,可不考虑液化影响。-上覆非液化土层厚度(上覆非液化土层厚度(m)m),计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除;,计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除;-基础埋置深度基础埋置深度(m),(m),不超过不超过2m2m时采用时采用2m2m;-地下水位深度(地下水位深度(m)m),宜按建筑使用期内,宜按建筑使用期
15、内 年平均最高水位采用,也可按近期内年年平均最高水位采用,也可按近期内年 最高水位采用;最高水位采用;-液化土特征深度(液化土特征深度(m)m),按右表采用。,按右表采用。9m8m7m砂土砂土8m7m6m粉土粉土987烈度烈度饱和土饱和土类别类别2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计14-上覆非液化土层厚度(上覆非液化土层厚度(m)m);-基础埋置深度基础埋置深度(m)(m);-地下水位深度(地下水位深度(m)m);-液化土特征深度液化土特征深度(m).(m).上面判别式(上面判别式(d db b=2)=2)亦可用下图表示:亦可用下图表示:db2时,在时,在du 、dw中减去(中减去(d
16、b-2)后再查图确定。后再查图确定。砂土砂土1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910dw(m)不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区du(m)7 7度度8 8度度9 9度度1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345678910dw(m)不考虑液化影响区不考虑液化影响区须进一步判别区须进一步判别区粉土粉土du(m)7 7度度9 9度度8 8度度2023/6/10第4讲 液化与基础抗震设计15查液化土特征深度表查液化土特征深度表例1 图示为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度du=5.5m,其下为砂土,地下水位深度为dw=6m.基础埋深db=
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