土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)課件

1、2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)1 第九章第九章 抗震地基基礎(chǔ)抗震地基基礎(chǔ) 9.1 9.1 概述概述 9.2 9.2 地震和地震效應(yīng)地震和地震效應(yīng) 9.3 9.3 震級(jí)和烈度震級(jí)和烈度 9.4 9.4 場(chǎng)地與地震危害場(chǎng)地與地震危害 9.5 9.5 地基抗震驗(yàn)算地基抗震驗(yàn)算 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)2 9.1 概述 地震定義：地震定義： 由內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用引起的地殼 振動(dòng)現(xiàn)象的總稱。 我國(guó)地震災(zāi)害極為嚴(yán)重，原因有三: (1)地震活動(dòng)區(qū)域的分布范圍廣地震活動(dòng)區(qū)域的分布范圍廣?；玖叶仍?度和7 度以上地區(qū)的面積達(dá)312萬(wàn)km2，占全部國(guó)土面積32.5%， 如果

2、包括6度的地震區(qū)，則達(dá)到60% 。 (2)地震的震源淺地震的震源淺。我國(guó)地震總數(shù)的2/3發(fā)生在大陸 地區(qū)，這些地震絕大多數(shù)屬于二三十公里深的淺源地 震，因此地面振動(dòng)的強(qiáng)度大，對(duì)建筑物的破壞比較嚴(yán)重。 (3)地震區(qū)內(nèi)的大中城市數(shù)量多地震區(qū)內(nèi)的大中城市數(shù)量多。我國(guó)三百多個(gè)城市 中有一半位于基本烈度為7度或7度以上的地區(qū)。特別是 一批重要城市，像北京、銀川、西安、蘭州、太原、拉 薩、呼和浩特、烏魯木齊、包頭、汕頭、?？诘瘸鞘卸?位于基本烈度為8度的高烈度地震區(qū)。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)3 世界上發(fā)生過(guò)的大地震 汶川地震汶川地震 2008.5.12， 14：28，四川省汶 川縣發(fā)生

3、里氏8.0級(jí) 強(qiáng)烈地震，死 69197人，失蹤 18222人，傷 374176人，直接經(jīng) 濟(jì)損失約8451億元。 震區(qū)房屋大面積 倒塌、交通、通訊 中斷數(shù)千萬(wàn)人無(wú)家 可歸。 地震誘發(fā)嚴(yán)重的 次生地質(zhì)災(zāi)害。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)4 9.2 地震和地震效應(yīng) 震 源：發(fā)生地震的部位。 震 中：震源在地面的投影。 震中距：地面上某一點(diǎn)到震中 的距離。 震源深度：震源到震中距離。 深度60km 橫波 面波 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)7 面波 x:x:向向x x方向傳播方向傳播 y:y:在在xyxy平面內(nèi)蛇形擺動(dòng)平面內(nèi)蛇形擺動(dòng) z:zz:z方向無(wú)振動(dòng)方向無(wú)振動(dòng) x:x

4、:向向x x方向傳播方向傳播 y:yy:y方向無(wú)振動(dòng)方向無(wú)振動(dòng) z:z:在在xzxz平面內(nèi)滾動(dòng)平面內(nèi)滾動(dòng) 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)8 9.3 震級(jí)和烈度震級(jí)和烈度 M: M: 震級(jí) A: A: 標(biāo)準(zhǔn)地震儀在距震中100km處記錄的以微米為 單位記錄的最大水平地動(dòng)位移。 震級(jí)震級(jí)：表示地震本身強(qiáng)度大小的等級(jí),是衡量震源 釋放能量大小的一種量度。 里希特（Richter)里氏 M2: 無(wú)感地震 2M5： 破壞性地震 M7： 強(qiáng)烈地震 一般1M8.5，震級(jí)增加一級(jí)能量增加30倍左右。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)9 地震烈度 烈度烈度：地面及建筑物受地震影響的強(qiáng)烈的程

5、度。 烈度大小烈度大?。?2度（中國(guó)） 比震中烈度低一度：近震比震中烈度低一度：近震 比震中烈度低比震中烈度低2 2度及以上：遠(yuǎn)震度及以上：遠(yuǎn)震 與 震級(jí) 震源深度 等有關(guān) 震中距 場(chǎng)地巖土情況 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)10 地震烈度表地震烈度表 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)11 烈度分類 基本烈度基本烈度：一個(gè)地區(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)，一般場(chǎng)地條 件下可能遭遇的最大地震烈度。目前我國(guó)基本上取 5050年超越概率為1010的烈度值作為基本烈度。 抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防烈度：一個(gè)地區(qū)作為抗震設(shè)防依據(jù)的烈度。 設(shè)計(jì)烈度設(shè)計(jì)烈度：各類不同建筑物抗震設(shè)計(jì)所采用的烈度。 甲類構(gòu)造

6、物：專門(mén)設(shè)計(jì)，采用特殊抗震措施。 乙類構(gòu)造物：烈度提高一度 丙類構(gòu)造物：按設(shè)防烈度 丁類構(gòu)造物：降低一度（6度時(shí)不降） 一般6度以下可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)12 9.4 場(chǎng)地與地震危害 地形的影響地形的影響 孤突之處大，鞍部較小。 土性的影響土性的影響 土深厚而松弱的覆蓋層上的建筑物震害重。 基巖埋藏淺，土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)震害較輕。 建筑物建筑物 自振周期長(zhǎng)（層高、柔性大的結(jié)構(gòu)）在深軟地 基上震害嚴(yán)重。距震中遠(yuǎn)時(shí)，短波被過(guò)濾，長(zhǎng) 波被疊加放大，對(duì)自振周期長(zhǎng)的建筑危害較大。 距震中近，短周期波豐富，低層磚石結(jié)構(gòu)剛度 大，易共振損壞。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工

7、程抗震地基基礎(chǔ)13 1957年和1985年兩次墨西哥地震，附近自振 周期短的老舊建筑完好無(wú)損，距震中400km外的墨 西哥城中軟土層中的高層建筑遭到巨大破壞。 受地震而破壞的建筑物，可能遭受直接破壞， 也可能是地基液化、軟土震陷而引起地基失穩(wěn)或 過(guò)量沉陷。作為基礎(chǔ)工程師，主要是避免后者的 發(fā)生。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)14 地基震害的主要形式 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)15 場(chǎng)地抗震性評(píng)價(jià)-剪切波速法 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)16 場(chǎng)地類別的判定 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)17 場(chǎng)地(或地基)的液化 地震液化地震液化： 對(duì)于

8、飽和松砂、細(xì)砂，在振動(dòng)荷載下(剪切力) 土有由松變密的趨勢(shì)。這個(gè)過(guò)程中，由于水來(lái)不及 排走，顆粒在一段時(shí)間內(nèi)處于懸浮狀態(tài)。有效應(yīng)力 變?yōu)榱?，抗剪?qiáng)度喪失液化液化 液化條件液化條件：飽和；松散；細(xì)砂或粉土飽和；松散；細(xì)砂或粉土 注意： 粘土有粘聚力c, 不易液化 密砂, 不液化 埋深15m以下，一般不液化 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)18 液化機(jī)理液化機(jī)理 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)19 地基液化可能性判斷方法 p1)1)規(guī)范法規(guī)范法 p2)2)抗液化剪應(yīng)力法（抗液化剪應(yīng)力法（H.B.SeedH.B.Seed） p3)3)動(dòng)力反應(yīng)分析法動(dòng)力反應(yīng)分析法 p4)4)概率

9、統(tǒng)計(jì)法（谷本喜一）概率統(tǒng)計(jì)法（谷本喜一） 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)20 1)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范判別地基土液化性 分兩步進(jìn)行： 第一步：初步判別； 第二步：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別。 若初步判別為不液化土，可不進(jìn)行第二步判別。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)21 初步判別：以下情況判定為非液化土 土層的地質(zhì)年代為第四紀(jì)晚更新世（Q3）或其以 前時(shí)，應(yīng)判為非液化土； 粉土中粘粒含量（粒徑小于0.005mm）不少于下表 所列百分率時(shí)，應(yīng)判為非液化土； 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)22 初步判別：以下情況判定為非液化土 d0-液化土特征深度，即經(jīng)常發(fā)生液化的深度。 規(guī)

10、范對(duì)近年來(lái)邢臺(tái)、海城、唐山等地震液化的 現(xiàn)象資料統(tǒng)計(jì)分析，提出表9-11的特征深度。 d-基礎(chǔ)埋置深度（m），不超過(guò)2m時(shí)采用2m； hu-上覆非液化土厚度（m），若上覆土層內(nèi)有 淤泥和淤泥質(zhì)土?xí)r，應(yīng)扣除； 式中：dw-地下水位深度（m），宜按建筑物使用 期內(nèi)年平均最高水位采用，也可按近期內(nèi) 最高水位采用； 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)23 表9-11 液化特征深度液化特征深度(m) 初步判別：以下情況判定為非液化土 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)24 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 對(duì)于初步判別為液化的土(飽和砂土或飽和粉 土)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)一步判斷： 不液化液化 待

11、判別土層在地面下15m以內(nèi)時(shí): 待判別土層在地面下15m-20m時(shí): 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)25 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)26 2)抗液化剪應(yīng)力法 p這一方法是由美國(guó)學(xué)者西特(H. B. Seed)等人提 出的地基液化可能性評(píng)定方法。 p它的基本出發(fā)點(diǎn)是把地震作用看成是一種由基巖 垂直向上傳播的水平剪切波，剪切波在土層內(nèi)引 起地震剪應(yīng)力。 p另一方面，對(duì)地基土進(jìn)行振動(dòng)液化試驗(yàn)，測(cè)出引 起液化所需的震動(dòng)剪應(yīng)力，稱為抗液化剪應(yīng)力。 p當(dāng)作用于地基土上的地震剪應(yīng)力大于土的抗液化 剪應(yīng)力時(shí)，土即發(fā)生液化;反之，則不液化。 p因此這一方法的關(guān)鍵

12、在于計(jì)算地震剪應(yīng)力和測(cè)定 土的抗液化剪應(yīng)力。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)27 等效地震剪應(yīng)力 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)28 等效地震剪應(yīng)力 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)29 抗液化剪應(yīng)力 理論上講， 地基土液化。反之不液化。 但由于飽和松散砂土和粉土的原狀土難以取得或模擬， 故由概念明確，卻難以操作。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)30 抗液化剪應(yīng)力 不同震級(jí)的純砂抗液化剪應(yīng)力曲線 7.5震級(jí)的粉砂抗液化剪應(yīng)力曲線 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)31 抗液化剪應(yīng)力 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)32 3)動(dòng)力反

13、應(yīng)分析法動(dòng)力反應(yīng)分析法 原理：將土看作是粘彈性體，通過(guò)振動(dòng)疊加法，求得 動(dòng)剪應(yīng)力的時(shí)程曲線，并與實(shí)驗(yàn)室中的等幅值周期動(dòng) 力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，將不規(guī)則的動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線等價(jià)為 均勻周期應(yīng)力和振次。假定某種材料在某一應(yīng)力循環(huán) 下發(fā)生破壞，循環(huán)次數(shù)與施加的能量大小有關(guān)。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)33 4)4)概率統(tǒng)計(jì)法概率統(tǒng)計(jì)法 日本谷本喜一基于35個(gè)地震事例提出。該法具有 地區(qū)性，在臨界液化靈敏性指標(biāo)的確定上需修正。 判據(jù) 場(chǎng)地液化判別結(jié)論的可信性：判別成 功率78.5%，誤判率21.5% 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)34 地基液化等級(jí)劃分地基液化等級(jí)劃分 已判斷為液化土

14、的地基，要進(jìn)一步判斷地基的液化等級(jí)。 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)35 地基液化等級(jí)劃分 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)36 地基震陷 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)37 9.5 地基抗震驗(yàn)算地基抗震驗(yàn)算 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)38 9.5.1 9.5.1 建筑物抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)建筑物抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)39 9.5.2 地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)40 地基抗震強(qiáng)度驗(yàn)算 2021-4-30土木基礎(chǔ)工程抗震地基基礎(chǔ)41 9.5.3 樁基的抗震驗(yàn)算樁基的抗震驗(yàn)算 樁基具有明顯的抗震作