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1、基基 础础 工工 程程主讲教师：主讲教师： 曹志军曹志军大连交通大学土木工程教研室大连交通大学土木工程教研室第第 十十 章章地基与基础抗震地基与基础抗震第五节第五节 动力机器基础动力机器基础第四节第四节 桥梁墩台基础的抗震验算及抗震措施桥梁墩台基础的抗震验算及抗震措施第三节第三节 建筑地基基础的抗震设计和抗震措施建筑地基基础的抗震设计和抗震措施第二节第二节 地震及地震反应地震及地震反应第一节第一节 概述概述一、动荷载类型及其对土体作用特点一、动荷载类型及其对土体作用特点二、动荷载对建筑物的影响二、动荷载对建筑物的影响三、土的动应力一应变关系三、土的动应力一应变关系第一节第一节第一节第一节 概述
2、概述概述概述第二节第二节第二节第二节 地震及地震反应地震及地震反应地震及地震反应地震及地震反应地震是内力地质作用和外力地质作用能够引起地震是内力地质作用和外力地质作用能够引起的地壳震动现象的总称，它是地壳运动在某些阶段的地壳震动现象的总称，它是地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种自然现象。发生急剧变化时的一种自然现象。对建筑工程而言，地震是一种不良地质条件。对建筑工程而言，地震是一种不良地质条件。我国处在世界上最活跃的地震带，东濒环太平洋地我国处在世界上最活跃的地震带，东濒环太平洋地震带，西部和西南部是欧亚地震带所经过的地区，震带，西部和西南部是欧亚地震带所经过的地区，是世界上多震国家之一。
3、是世界上多震国家之一。一地震成因地震按其产生的原因，主要可一地震成因地震按其产生的原因，主要可分为四类：分为四类：1 1构造地震构造地震2 2火山地震火山地震3 3陷落地震陷落地震4 4诱发地震诱发地震二二 震级与烈度震级与烈度1 1震级震级震级是衡量地震本身强度的等级标准度。震级用震级是衡量地震本身强度的等级标准度。震级用以说明某次地震的大小，以符号以说明某次地震的大小，以符号M M表示。表示。2地震烈度地震烈度地震烈度是用来衡量地震后果的一种度量。它表地震烈度是用来衡量地震后果的一种度量。它表示受震动地区地面影响和破坏的强烈程度。示受震动地区地面影响和破坏的强烈程度。三地震波三地震波体体体
4、体波：波：波：波：介质密度越大，传播速度越快。 纵波（纵波（P波）：波）：震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致，一般表现出周期短、振幅小的特点。 横波（横波（S波）：波）：由震源向外传递的剪切波，质点的振动方向与波的前进方向垂直，一般表现出周期长、振幅大的特点。面波：面波：面波：面波：体波经过各界面的折射、反射，形成的主要沿地表传播的地震波。 瑞雷波：瑞雷波：体波到达地表面后反射叠加而形成，在震中附近并不出现。质点仅在竖直平面内运动，其轨迹为逆进椭圆。 洛夫波：洛夫波：表面覆盖着一松软水平覆盖层的半无限空间中产生的SH型面波。质点沿水平方向振动，与波传播方向垂直。第三节第三节
5、第三节第三节 建筑地基基础的抗震设计和抗震措施建筑地基基础的抗震设计和抗震措施建筑地基基础的抗震设计和抗震措施建筑地基基础的抗震设计和抗震措施一、地基基础的震害现象一、地基基础的震害现象二、设防标准二、设防标准三、地基基础抗震概念设计三、地基基础抗震概念设计四、地基基础抗震验算四、地基基础抗震验算五、地基基础的抗震措施五、地基基础的抗震措施一、地基基础的震害现象一、地基基础的震害现象（一）地基的震害（一）地基的震害1震陷 2地基土液化 3地震滑坡 4地裂 （二）基础的震害（二）基础的震害1沉降、不均匀沉降和倾斜 2水平位移 3受拉破坏 二、设防标准二、设防标准现行抗震规范确定抗震设防三个水准的
6、要求：现行抗震规范确定抗震设防三个水准的要求： “当建筑遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影当建筑遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用，响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用，当遭受本地区设防烈度的地震影响时，可能损坏，当遭受本地区设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。致倒塌或发生危及生命的严重破坏。” “小震不坏，中震（设防烈度）可修，大震不倒。小震不坏，中震（设
7、防烈度）可修，大震不倒。” 铁路工程抗震设计规范规定：铁路工程抗震设计规范规定：经抗震设防后的铁路工程，当遭受相当于基本烈经抗震设防后的铁路工程，当遭受相当于基本烈度的地震影响时，度的地震影响时，,级铁路的损坏部份稍加整修级铁路的损坏部份稍加整修后即可正常使用；后即可正常使用；级铁路及工级工企铁路经短级铁路及工级工企铁路经短期抢修后即能恢复通车；期抢修后即能恢复通车；、级工企铁路的桥级工企铁路的桥梁、隧道等工程不发生严重破坏。梁、隧道等工程不发生严重破坏。 三、地基基础抗震概念设计三、地基基础抗震概念设计 结构的抗震设计包括计算设计和概念设计两个结构的抗震设计包括计算设计和概念设计两个方面。计
8、算设计是指确定合理的计算简图和分析方方面。计算设计是指确定合理的计算简图和分析方法，对地震作用效应作定量计算及对结构抗震进行法，对地震作用效应作定量计算及对结构抗震进行验算。概念设计是指从宏观上对建筑结构作合理的验算。概念设计是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、采取有效的选型、规划和布置、选用合格的材料、采取有效的构造措施等。构造措施等。 （一）选择合适场地（一）选择合适场地（二）选择合适的地基基础类型（二）选择合适的地基基础类型（一）选择合适场地（一）选择合适场地1、场地分类2、场地选择场地类别的划分。场地类别的划分。选选择择建建筑筑物物场场地地时时，应应根根据据
9、工工程程需需要要，掌掌握握地地震震活活动动情情况况和和工工程程地地质质有有关关资资料料，作作出出综综合评估，宜选择有利的地段，避开不利地段。合评估，宜选择有利的地段，避开不利地段。场地土的类型场地土的类型场场地地土土的的烈烈性性按按场场地地土土的的刚刚度度划划分分，可可分分为为坚坚硬硬场场地地土土、中中硬硬场场地地土土、中中软软场场地地土土、软软弱场地土。弱场地土。场地覆盖层厚度。场地覆盖层厚度。覆覆盖盖层层厚厚度度是是指指从从地地面面到到坚坚硬硬土土地地面面的的距距离。离。场地类别场地类别将将场场地地划划分分为为四四类类坚坚硬硬场场地地、中中硬硬场场地地、中软场地、软弱场地。中软场地、软弱场
10、地。选择建筑场地时，应按表选择建筑场地时，应按表4.1.1划分对建筑划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段。抗震有利、不利和危险的地段。（二）选择合适的地基基础类型（二）选择合适的地基基础类型 1同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，尤其不要放同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，尤其不要放在半挖半填的地基上。在半挖半填的地基上。 2同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基。同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基。 3地基有软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层，宜采地基有软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层，宜采取措施加强基础的整体性和刚性。取措施加强基
11、础的整体性和刚性。 4. 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。 5.深基础通常比浅基础有利。可减少来自基底的地震动输入，因为土深基础通常比浅基础有利。可减少来自基底的地震动输入，因为土中的水平地震加速度一般在地表下中的水平地震加速度一般在地表下5m以内减少很多，四周土对基础振动能以内减少很多，四周土对基础振动能起阻抗作用，有利于将更多的振动能量耗散到周围土层中去。起阻抗作用，有利于将更多的振动能量耗散到周围土层中去。 6.纵横内墙较密的地下室、箱形基础和筏板基础的抗震性能较好。对纵横内墙较密的地下室、箱形基础和筏板基础的抗震性能较好。对软弱地基，
12、宜优先考虑设置全地下室，采用箱形基础或筏板基础。软弱地基，宜优先考虑设置全地下室，采用箱形基础或筏板基础。 7对地基较好、建筑物层数不多时，可采用单独基础，但最好用地对地基较好、建筑物层数不多时，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。基梁联成整体，或采用交叉条形基础。 8桩基础和沉井基础实践证明抗震性能较好。而且桩基和沉井可穿桩基础和沉井基础实践证明抗震性能较好。而且桩基和沉井可穿透可液化土层或软弱土层，把建筑物的荷载直接传到下部稳定土层中是防透可液化土层或软弱土层，把建筑物的荷载直接传到下部稳定土层中是防止因地基液化或严重震陷而造成震害的有效方法。但要求桩尖和沉井底面止
13、因地基液化或严重震陷而造成震害的有效方法。但要求桩尖和沉井底面埋人稳定土层不应小于埋人稳定土层不应小于12m，并进行必要的抗震验算（详见下述）。桩，并进行必要的抗震验算（详见下述）。桩基宜采用低承台桩基，可发挥承台四周土的阻抗作用。桥梁墩台基础中普基宜采用低承台桩基，可发挥承台四周土的阻抗作用。桥梁墩台基础中普遍采用这两类基础。遍采用这两类基础。四、地基基础抗震验算四、地基基础抗震验算（一）天然地基抗震验算（一）天然地基抗震验算（二）桩基础抗震验算（二）桩基础抗震验算下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算承载力验算: :1 1 砌体房屋；砌体房屋；2
14、 2 地基主要受力层范围内不存在软弱粘性地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑土层的下列建筑: :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25m 25m 以下的一般民以下的一般民用框架房屋；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。（一）天然地基抗震验算（一）天然地基抗震验算3 3本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。注注:软弱粘性土层指软弱粘性土层指7度、度、8度和度和9度时，地度时，地基承载力特征值分别小于基承
15、载力特征值分别小于80、100和和120kPa的土层。的土层。当当不不符符合合不不进进行行天天然然地地基基和和基基础础的的抗抗震震承承载载力力验验算算的的条条件件时时, ,应应按按下下式式进进行行地地基基土土抗震承载力验算抗震承载力验算. .调整后的地基土抗震承载力设计值调整后的地基土抗震承载力设计值. .地基土抗震承载力调整系数地基土抗震承载力调整系数. .地基土静承载力设计值地基土静承载力设计值. .验算竖向承载力验算竖向承载力: :基础底面地震组合的平均压力设计值基础底面地震组合的平均压力设计值. . 基础边缘地震组合的最大压力设计值基础边缘地震组合的最大压力设计值. . （二）桩基础抗
16、震验算（二）桩基础抗震验算五、地基基础的抗震措施五、地基基础的抗震措施（一）软弱粘土（一）软弱粘土（二）不均匀地基（二）不均匀地基（三）可液化土层（三）可液化土层（四）基础工程抗震措施（四）基础工程抗震措施（一）软弱粘土（一）软弱粘土1.采用桩基 2.地基加固处理 3.改进基础和上部结构设计 （二）不均匀地基（二）不均匀地基1岩土地基 2半挖半填地基 3.杂填土地基 4.古河道 不均匀地基抗震设计的基本原则 （三）可液化土层（三）可液化土层建筑地基抗液化措施建筑地基抗液化措施当液化土层较平坦且均匀时，宜按表当液化土层较平坦且均匀时，宜按表4.3.6 4.3.6 选选用地基抗液化措施。不宜将未经
17、处理的液化土层作用地基抗液化措施。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。为天然地基持力层。1.1. 全部消除地基液化沉陷的措施全部消除地基液化沉陷的措施: :采采用用桩桩基基、采采用用深深基基础础、采采用用加加密密法法、挖除全部液化土层。挖除全部液化土层。（1 1）桩桩基基用用于于主主要要受受力力层层为为较较厚厚的的液液化化土土层层时时，桩桩端端伸伸入入液液化化深深度度以以下下稳稳定定土土层层中中长长度度（不不包包括括桩桩尖尖部部分分）应应按按计计算算确确定定，对对碎碎石石、砾砾、粗粗、中中砂砂、坚坚硬硬粘粘性性土土不不应应小小于于500mm500mm，其其他他非非岩岩石石土土不不应应小
18、小于于2m. 2m. （2 2）采采用用深深基基础础时时，基基础础底底面面深深入入液液化化土土层层之之下，埋入稳定土层中的深度不应小于下，埋入稳定土层中的深度不应小于500mm500mm。（3 3）采采用用加加密密法法。如如采采用用振振冲冲、振振动动加加密密、砂砂桩桩挤挤密密、强强夯夯等等力力法法对对可可液液化化地地基基进进行行加加固固时时，应应处处理理至至液液化化深深度度下下界界，且且处处理理后后土土层层的的标标准准贯贯入入锤锤击击数数的的实实测测值值，应应大大于于相相应应的的临临界值。界值。（4 4）当当直直接接位位于于基基底底下下的的可可液液化化土土层层较较薄薄时时，可可采采用用挖挖除除
19、全全部部液液化化土土层层的的办办法法，即即先先采采用用局局部部降降水水，挖挖除除液液化化土土层层，然然后后分分层层回填砂、砾、碎石、矿渣等并逐层夯实。回填砂、砾、碎石、矿渣等并逐层夯实。（5 5）采采用用加加密密法法或或换换土土法法处处理理时时，在在基基础础边边缘缘以以外外的的处处理理宽宽度度，应应超超过过基基础础底底面面下下处处理理深深度度的的1/2 1/2 且且不不小小于于基基础础宽宽度度的的1/51/5。2.2.部分消除地基液化沉陷的措施部分消除地基液化沉陷的措施: : （1 1）对对地地基基进进行行处处理理时时，其其处处理理深深度度应应使使处处理理后后的的地地基基液液化化指指数数不不大
20、大于于4 4，对对独独立立基基础础与与条条形形基基础础尚尚不不应应小小于于基基础础底底面面下下5m5m和和基础宽度的较大值。基础宽度的较大值。（2 2）在在处处理理深深度度范范围围内内应应挖挖除除液液化化土土层层或或采采用用加加密密加加固固，使使处处理理后后土土层层的的标标准准贯贯入入锤锤击数的实测值大于相应的临界值。击数的实测值大于相应的临界值。3.3.基础和上部结构处理基础和上部结构处理为为减减轻轻液液化化对对基基础础和和上上部部结结构构的的影影响响，可可对基础和上部结构采取如下措施：对基础和上部结构采取如下措施：（1 1）选选择择合合适适的的基基础础埋埋置置深深度度，调调整整基基础底面积
21、，减小基础偏心。础底面积，减小基础偏心。（2 2）加加强强基基础础的的整整体体性性和和刚刚性性，如如采采用用基基箱箱、筏筏基基或或钢钢筋筋混混凝凝土土十十字字形形基基础础，加加设设基基础圈梁、基础连系梁等。础圈梁、基础连系梁等。（3 3）减减轻轻荷荷载载，增增强强上上部部结结构构的的整整体体刚刚度度和和均均匀匀对对称称性性，合合理理设设置置沉沉降降缝缝，避避免免采采用用对不均匀沉降敏感的结构形式。对不均匀沉降敏感的结构形式。（4 4）管管道道穿穿过过建建筑筑处处应应留留足足够够尺尺寸寸或或采采用柔性接头等。用柔性接头等。液化机理及其危害液化机理及其危害土的液化是指饱和土由固态转化为液态土的液化
22、是指饱和土由固态转化为液态的物质存在状态的转换的物质存在状态的转换. . 液化引起的危害主要有液化引起的危害主要有: : 喷水冒砂喷水冒砂. .地基地基失效失效. .土体滑塌和变形土体滑塌和变形. . 饱和土液化判别饱和土液化判别地基土的液化等级地基土的液化等级通常是根据液化指数来判别液化等级通常是根据液化指数来判别液化等级, ,以以确定液化的危害程度确定液化的危害程度. . （四）基础工程抗震措施（四）基础工程抗震措施1.高层或多层建筑 2.多层或低层建筑 3.不良地基可采用桩基与石灰桩 4.加强基础与上部结构的连接 5.抗震工程的材料应有足够强度 第四节第四节 桥梁墩台基础的抗震验算桥梁墩
23、台基础的抗震验算及抗震措施及抗震措施一、桥梁墩台震害一、桥梁墩台震害二、桥梁墩台抗震验算二、桥梁墩台抗震验算三、抗震措施三、抗震措施第五节 动力机器基础一、动力机器基础概述一、动力机器基础概述二、动力机器基础的动力计算简介二、动力机器基础的动力计算简介三、动力机器基础设计的一般步骤三、动力机器基础设计的一般步骤四、动力机器基础的减振措施四、动力机器基础的减振措施思考题：1、动力机器基础与其它结构物基础的主要区别是什么？2、目前规范规定的机器基础的设汁，其目的是什么？3、动力机器按对基础的动力作用形式如何分类？4、动力机器基础的形式有哪些？5、动力机器基础设计应满足的要求？6、动力机器基础设计的
24、一般步骤？7、动力机器基础的减振措施有哪些？8、动力机器基础的处理方案有哪些？9、阐述动力机器基础下地基承载力核算式的物理意义。 1、动力机器基础与其它结构物基础的主要区别是什么？ 运转时会产生较大不平衡惯性力的一类机器，称为动力机运转时会产生较大不平衡惯性力的一类机器，称为动力机器。器。动力机器基础与其他结构物基础的主要区别，在于基础上动力机器基础与其他结构物基础的主要区别，在于基础上部作用有由机器传来的动力（一般称扰力），这种动力可部作用有由机器传来的动力（一般称扰力），这种动力可以是瞬态的冲击（如锻锤或落锤基础），也可以是稳态的以是瞬态的冲击（如锻锤或落锤基础），也可以是稳态的止弦波激励
25、。这种激励会引起墓础本身的振动，甚至影响止弦波激励。这种激励会引起墓础本身的振动，甚至影响到周围建筑物的振动。到周围建筑物的振动。2、目前规范规定的机器基础的设汁，其目的是什么？目前规范规定的机器基础的设汁，其目的是使基础由于目前规范规定的机器基础的设汁，其目的是使基础由于动荷载而引起的振动幅值，不超过某一极限值，即规范动荷载而引起的振动幅值，不超过某一极限值，即规范所规定的最大允许幅值。所规定的最大允许幅值。这个限值主要取决于：保证机器的正常运转，以及由于这个限值主要取决于：保证机器的正常运转，以及由于基础振动波通过土体的传播，对附近的人员、仪器设务基础振动波通过土体的传播，对附近的人员、仪
26、器设务及建筑物不产生有害的影响。及建筑物不产生有害的影响。3、动力机器按对基础的动力作用形式如何分类？4、动力机器基础的形式有哪些？（一）往复运动的机器（一）往复运动的机器（二）间歇性作用或冲击作用的机器（二）间歇性作用或冲击作用的机器（三）旋转运动的机器（三）旋转运动的机器5、动力机器基础设计应满足的要求？动力机器基础设计应满足下列基本要求：地基和基础不动力机器基础设计应满足下列基本要求：地基和基础不应产生影响机器正常使用的变形；基础本身应具有足够应产生影响机器正常使用的变形；基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性；基础不产生影响工人身体健康的强度、刚度和耐久性；基础不产生影响工人身体健康及
27、妨碍机器正常运转和生产以及造成建筑物开裂和破坏及妨碍机器正常运转和生产以及造成建筑物开裂和破坏的剧烈振动；基础的振动不应影响邻近建筑物、构筑物的剧烈振动；基础的振动不应影响邻近建筑物、构筑物或仪器设备等的正常使用。或仪器设备等的正常使用。还应满足：还应满足：（1）对静荷载，应保证地基对剪切破坏的安全，基础）对静荷载，应保证地基对剪切破坏的安全，基础不应有过大的沉降。不应有过大的沉降。 （2）对动荷载，不应产生共振，即机器）对动荷载，不应产生共振，即机器基础基础土系土系统的自振频率不应与机器的工作频率重合。统的自振频率不应与机器的工作频率重合。 （3）工作频率的振幅，应不超过通常由机器制造厂所）
28、工作频率的振幅，应不超过通常由机器制造厂所规定的振幅限值。规定的振幅限值。6、动力机器基础设计的一般步骤？（一）收集设计技术资料（一）收集设计技术资料（二）确定地基动力参数：（二）确定地基动力参数：P226P230（三）选择地基方案（三）选择地基方案（四）确定基础类型及材料（四）确定基础类型及材料 机器基础类型：实体式、墙式、框架式机器基础类型：实体式、墙式、框架式 基础的材料一般采用混凝土及钢筋混凝土。基础的材料一般采用混凝土及钢筋混凝土。（五）确定基础的埋置深度及尺寸（五）确定基础的埋置深度及尺寸（六）校核地基承载力（六）校核地基承载力（七）进行动力计算（七）进行动力计算确定固有频率（自振
29、频率）和振动量位移、速度或加速度确定固有频率（自振频率）和振动量位移、速度或加速度的幅值等），并控制这些振动量不超过一定的允许范围的幅值等），并控制这些振动量不超过一定的允许范围7、动力机器基础的减振措施有哪些？P5428、动力机器基础的处理方案有哪些？P542-543选择题举例1、动力机械基础的设计计算主要是控制（ ）(A)地基土承载力 (B)基础结构强度 (C)基础振动幅度和速度2、对精密仪器设备环境振动的限制，一般以设备基础的下列哪一类为准？（ ）（A)振幅 （B）振动速度 （C）振动加速度3、振动对地基土强度和沉陷影响的大小，主要取决于下列何种指标？（A）振幅 （B）振动速度 (C)振
30、动加速度地基基础抗震思考题与习题1、什么是地震，地震有哪些类型？、什么是地震，地震有哪些类型？2 什么是地震的烈度，为什么工程中要以烈度作为抗震设计的控制指什么是地震的烈度，为什么工程中要以烈度作为抗震设计的控制指标？标？3地基的震害有哪些常见类型，影响地基抗震能力的主要因素有哪些？地基的震害有哪些常见类型，影响地基抗震能力的主要因素有哪些？4、抗震设计的基本原则是什么？对建筑场地应如何选择？、抗震设计的基本原则是什么？对建筑场地应如何选择？5、地基基础的抗震设计包含哪些内容？、地基基础的抗震设计包含哪些内容？6、什么是概念性设计，地基基础的抗震概念性设计包含哪些内容？、什么是概念性设计，地基
31、基础的抗震概念性设计包含哪些内容？7、什么样的场地对抗震有利，选择建筑场地时应该避开哪些不利的地、什么样的场地对抗震有利，选择建筑场地时应该避开哪些不利的地质环境？质环境？8、在常用的基础结构形式中，哪些类型的基础结构抗震能力较强？、在常用的基础结构形式中，哪些类型的基础结构抗震能力较强？9、地基液化的原因是什么？地基液化如何判别？初步判别用什么方法、地基液化的原因是什么？地基液化如何判别？初步判别用什么方法？其依据是什么？进一步判别用什么方法？软弱粘性土地基抗震设计？其依据是什么？进一步判别用什么方法？软弱粘性土地基抗震设计的目的是什么？有哪些行之有效的措施？怎样进行地基的抗液化处理的目的是什么？有哪些行之有效的措施？怎样进行地基的抗液化处理？
