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1、2019/11/7,地基与基础工程,第1页,第8章 地基抗震分析与设计,8.1 地震和地震反应概述 8.2 场地和地基 8.3 地基抗震验算 8.4 消除与减轻地基液化的措施,本章参考： 建筑抗震设计规范GB 500112001,2019/11/7,地基与基础工程,第2页,8.1 地震和地震成因自学,8.1.1地震成因 8.1.1.1 地震成因类型 火山地震：由于火山爆发而引起的地震； 陷落地震：由于地表或者地下岩层突然发生大规模陷落和崩塌而造成的地震； 诱发地震：由于人工爆破,矿山开采及工程活动引发的地震； 构造地震：由于地球内部岩层的构造变动引起的地震(约占地震发生的90%)是结构抗震的主
2、要研究对象,2019/11/7,地基与基础工程,第3页,8.1 地震和地震成因,8.1.1.2 震源、震中、震中距 震源：地球内部断层错动并引起周围介质振动的部位。 震中：震源正上方的地面位置。 震中距：地面某处至震中的水平距离。,2019/11/7,地基与基础工程,第4页,8.1 地震和地震成因,8.1.2地震波 8.1.2.1 地震波的定义 地震波：地震时地下岩体断裂、错动产生振动，并以波的形式向外传播。 8.1.2.2 地震波的分类,2019/11/7,地基与基础工程,第5页,8.1 地震和地震成因,体波： 纵波：由震源向外传递的压缩波，一般周期较短、振幅较小，常引起上下颠簸运动。 横波
3、：由震源向外传递的剪切波，一般周期较长、振幅较大，常引起水平方向运动。 面波： 瑞利波：在其传播时，质点在波的前进方向与地表法向组成的平面内做 逆向的椭圆运动。 乐夫波：在其传播时，质点在波的前进方向垂直的水平方向运动，在地面上做蛇形运动。,2019/11/7,地基与基础工程,第6页,8.1 地震和地震成因,面波质点振动方式：,2019/11/7,地基与基础工程,第7页,8.1 地震和地震成因,8.1.3震级与烈度 8.1.3.1 震级 震级：衡量一次地震释放能量大小的尺度，常用里氏表示。 地震按震级划分： M5 破坏性地震； M=78 强烈地震； M8 特大地震。,2019/11/7,地基与
4、基础工程,第8页,8.1 地震和地震成因,8.1.3.2 烈度 烈度：指某一区域的地表和各类建筑物遭受某一次地震影响的平均强弱程度；由地面建筑破坏程度，人的感觉，物体振动及运动强烈程度而定。震中区地震烈度称为震中烈度。现主要由地面震动的速度和加速度确定。 地震烈度与建筑物的安全： 6度，对一般建筑物影响不大； 69度须采取抗震措施； 10度以上毁坏性的，难以设防.,2019/11/7,地基与基础工程,第9页,8.2 场地与地基,8.2.1地震区场地的选择与分类 8.2.1.1 场地对地震作用的影响 场地：工程群体的所处和直接使用的土地，其在平面上大体相当于厂区、居民区、自然村或不小于1.0km
5、2的区域范围。 场地对地震作用的影响： (1) 局部孤突地形（如山梁、孤立山丘、高差大的黄土台地边缘和山嘴）对震害有较大影响，即对地震强度有放大作用,2019/11/7,地基与基础工程,第10页,云南昭通地震,1994年云南昭通地震，芦家湾山梁长150m，顶部宽15m。一端高60m，一端高50m，中间呈鞍状，,较高端部的最大加速度0.632g（9度）； 鞍部为烈度为8度0.257g （7度）； 较低端部为0.431g （8度） 。,2019/11/7,地基与基础工程,第11页,8.2 场地与地基,(2) 在同一地震和同一震中距离时，软弱地基地面的自震周期长，振幅大，震动持续时间长，震害也重。
6、(3) 软弱地基上，柔性建筑易遭到破坏，刚性建筑表现较好；坚硬地基上，柔性建筑表现较好，刚性建筑表现不一。总体：在软弱地基上建筑物的震害比刚性地基上的要严重。 (4) 建筑物的震害随覆盖土层厚度的增加而加重。,2019/11/7,地基与基础工程,第12页,8.2 场地与地基,8.2.1.2 场地的分类 1. 选择建筑场地时，应按地形、地貌、地质进行地段划分。,2019/11/7,地基与基础工程,第13页,8.2 场地与地基,2. 按等效剪切波速和评价地基土体的性质 a) 土的等效剪切波速：,2019/11/7,地基与基础工程,第14页,8.2 场地与地基,b) 建筑抗震规范规定：取地面下20m
7、深度，且不大于覆盖层厚度范围内土层平均性质分类，根据土的等效剪切波速，土的类型分为4类。,2019/11/7,地基与基础工程,第15页,8.2 场地与地基,3. 按建筑场地岩土性质(等效剪切波速)和覆盖层厚度进行建筑场地的类别划分 场地覆盖层厚度：从地表到地下基岩面距离。 建筑场地的分类,2019/11/7,地基与基础工程,第16页,8.2 场地与地基,8.2.2场地(或地基)地震液化 8.2.2.1 地震液化 定义：饱和砂土或粉土地基受地震作用，土体结构趋于密实，孔隙水压力急剧上升且来不及消散，导致土体内有效应力消失，地基土体抗剪强度丧失而呈现为液态的现象.,2019/11/7,地基与基础工
8、程,第17页,地震液化,2019/11/7,地基与基础工程,第18页,8.2 场地与地基,8.2.2.2 场地液化判别方法 1）规范法 “两步判别法” 初判、标贯试验判别 (1) 初步判别根据影响液化的因素 地质年代为第四纪晚更新世(Q3)或以前，应判为非液化土; 粉土中粘粒含量百分率，对于抗震设防烈度7、8、9度，分别不小于10、13、16时，可判为非液化土;,2019/11/7,地基与基础工程,第19页,8.2 场地与地基,天然地基上覆非液化土层厚度和地下水深度符合以下条件时，可不考虑液化影响。,2019/11/7,地基与基础工程,第20页,8.2 场地与地基,(2) 标贯试验判断 建筑抗
9、震设计规范（GB50011-2001) 4.3.4 当初步判别认为需进一步进行液化判别时， 用标贯试验判断地面以下15m深范围内的液化； 采用桩基或大于5m的深基础时，尚应判别1520m深度范围内的液化； 饱和土标贯击数(未经杆长修正)小于液化判别标贯击数临界值时，应判为液化土。 当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。,2019/11/7,地基与基础工程,第21页,8.2 场地与地基,液化判别标贯击数临界值：,2019/11/7,地基与基础工程,第22页,8.2 场地与地基,场地液化判别其他方法 2）抗液化剪应力法略 3）动力反应分析法略 4）概率统计法（日本，谷本喜一） 略,2019/11/
10、7,地基与基础工程,第23页,8.2 场地与地基,8.2.2.3 地基液化等级划分 液化地基危害程度的定量评价液化指数IlE,2019/11/7,地基与基础工程,第24页,8.2.2.3 地基液化等级划分,一般，液化指数越大，场地喷水冒砂情况和建筑物的液化就越严重,2019/11/7,地基与基础工程,第25页,8.3 地基抗震验算,8.3.1设防标准自学 目的：在一定经济条件下，最大限度地限制和减轻建筑物地震破坏，保障人民生命财产安全。 设防要求：小震不坏，中震可修，大震不倒 第一水准：遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或者不需修理仍可继续使用。 第二水准：当遭受相当于
11、本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理即可恢复正常使用。 第三水准：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。,2019/11/7,地基与基础工程,第26页,设防标准,甲类建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。地基基础的抗震措施，应符合有关规定。 乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，抗震措施，一般情况下， 当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防
12、烈度提高一度的要求； 当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。地基基础的抗震措施，应符合有关规定。 丙类建筑，地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。 丁类建筑，一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为6度时不应降低。,2019/11/7,地基与基础工程,第27页,8.3 地基抗震验算,8.3.2天然地基抗震承载力验算 震害表明：只有少数房屋是由地基失效而导致上部结构破坏；大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现地基承载力不够导致上部结构破坏的震害现象。导致上部结构破坏的大多是可液化地基、震陷软土
13、地基和严重不均匀地基。 地震持续时间短只能使土层产生弹性变形而来不及发生残余变形，所以一般土的动承载力比其静承载力高。 考虑到地震作用的偶然性和暂短性以及工程的经济性，地基土在地震作用下的可靠度可比静力荷载下有所降低。 地基土抗震承载力：地基土的静承载力乘以调整系数（提高）。,2019/11/7,地基与基础工程,第28页,“规范”规定可不做抗震承载力验算的情形,（1）砌体房屋； （2）地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般的单层厂房；单层空旷房屋； （3）不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋及基础荷载相当的多层框架厂房。 （4）可不进行上部结构抗震验算的建筑。,2019/11/
14、7,地基与基础工程,第29页,8.3.2.1 地基土的抗震承载力,抗震规范规定，地基土抗震承载力按下式计算：,在进行天然地基基础抗震承载力验算时， 软弱土的抗震承载力不予提高。,2019/11/7,地基与基础工程,第30页,8.3.2.1 地基抗震承载力验算公式,采用“拟静力法”，即假定地震作用如同静力，长期的、大小和方向恒定地作用在地基基础上。,抗震规范规定，对于高宽比大于4 的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其他建筑，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15%。,2019/11/7,地基与基础工程,第31页,8.3.3桩基抗震承载力验算,8.3.3.1 “规
15、范”规定可不做抗震承载力验算情形 建筑抗震设计规范（GB50011-2001) 4.4.1 承受竖向荷载为主的低承台桩基，当地面下无液化土层，且桩承台周围无淤泥、淤泥质土和地基承载力特征值不大于100kPa的填土时，下列建筑可不进行桩基抗震承载力验算: 本章第4.2.1条之1、3款规定的建筑； 7度和8度时的下列建筑： 1)一般的单层厂房和单层空旷房屋； 2)不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋； 3)基础荷载与2)项相当的多层框架厂房。,2019/11/7,地基与基础工程,第32页,8.3.3桩基抗震承载力验算,建筑抗震设计规范（GB50011-2001) 4.4.2 非液化土中低
16、承台桩基的抗震验算，应符合下列规定: 单桩的竖向和水平向抗震承载力特征值，可均比非抗震设计时提高25%。 当承台周围的回填土夯实至干密度不小于建筑地基基础设计规范对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用；但不应计入承台底面与地基土间的摩擦力。,2019/11/7,地基与基础工程,第33页,8.3.3桩基抗震承载力验算,4.4.3 存在液化土层的低承台桩基抗震验算，应符合下列规定： 对一般浅基础，不宜计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。 当桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时，可按下列二种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计： 1) 桩承受全部地震作用，桩承载力按本节第4.4.2条取用，液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以表4.4
