地震破坏作用

§2.1地震破坏作用从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型：地基失效和场地的震动作用。地基失效一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。为此要确定工程场地的设计地震动参数。第二章场地、地基和基础场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。§2.2建筑地段的选择工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”地段划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如古河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基）等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。山坡地在地震时会产生土壤滑动用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。临近悬崖，容易滑落谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。萨尔瓦多地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里，估计有1200多人遇难地裂地段选择1.选择有利地段；2.避开不利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；3.不在危险地段建设。局部突出地形的影响1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。发震断裂的影响断裂带是地质上的薄弱环节，发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。建设时应避开。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区，全新世以来经常活动的断裂上面。场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：1.对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：1）抗震设防烈度小于8度；2）非全新世活动断裂；3）抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。2.对不符合本条1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。__300m500m专门研究9__200m300m专门研究8丁丙乙甲建筑抗震设防类别烈度发震断裂的最小避让距离(m)一个很复杂的问题§2.3建筑场地的类别划分建筑场地指建筑所在地，大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围。为什么进行场地类别划分？建筑场地按地震对建筑的影响划分为4类，建筑场地分类指标是以场地剪切波速（或场地土类型）和覆盖层厚度。场地土层的卓越周期的简化计算公式为svHT4单一土层时多层土时siinivhT41H---覆盖层厚度sv---土的剪切波速n---土层总数ihsiv----i层厚度----i层剪切波速一、场地土层的卓越周期与场地的地震效应1.场地土层的卓越周期(什么概念？)2.场地的地震效应场地土对于从基岩传来的地震波具有防大和滤波作用。坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。二.建筑场地的类别场地土的类型淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)岩土名称和性状土的类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akfakf---地基土静承载力标准值场地类别场地覆盖层厚度的确定：1.一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面；2.当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；4.土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型tdvse/0土层的等效剪切波速siinivdt/1sev0dtidsivn----土层的等效剪切波速----计算深度（m)，取覆盖层厚度和20m二者的较小值----剪切波在地面至计算深度之间的传播时间----计算深度范围内第i土层的厚度(m)----计算深度范围内第i土层的剪切波速(m/s)----计算深度范围内土层的分层数场地类别~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土200632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型tdvse/0m/s3577.146130/5.10170/5.92010nisiivdd淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，的填土，流塑黄土软弱土稍密的的砾、粗、中砂,除松散外的细、粉砂,可塑黄土,的粘性土和粉土,的填土中软土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土，坚硬黄土中硬土稳定岩石，密实的碎石土坚硬土或岩石土层剪切波速范围(m/s)岩土名称和性状土的类型500sv250500sv140250svsv140200akf200akf130akf130akf例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。层底深度(m)土层厚度(m)土的名称剪切波速m/s9.59.5砂17037.828.3淤泥质粘土13043.65.8砂24060.116.5淤泥质粘土200632.9细砂31069.56.5砾混粗砂520解：（1）确定地面下20m表层土的场地土类型tdvse/0m/s3577.146130/5.10170/5.92010nisiivdd~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型（2）确定覆盖层厚度md630（3）确定建筑场地类别属于中软土属于Ⅲ类场地§2.4天然地基和基础地基在地震作用下的稳定性对基础及上部结构的内力分布是比较敏感的，因此确保地震时地基基础能够承受上部结构传下来的竖向和水平地震作用以及倾覆力矩而不发生过大变形和不均匀沉降是地基基础抗震设计的基本要求。一、天然地基的震害特点1.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；2.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；3.沟、坑、古河道、坡地办挖半填等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。二.天然地基的抗震措施1.软弱粘性土地基采用桩基，地基加固；2.杂填土地基换土夯实；地基加固；3.不均匀地基综合建筑体型、荷载、烈度、结构类型等采取合理的结构布局、地基抗震措施。地基加固处理方法换土垫层法重锤夯实法挤密桩法沉井预压法三、地基基础抗震设计1）同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土层上；2)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；3)地基有软弱土、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；4)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。地基基础抗震设计是通过选择合理的基础体系和抗震验算来保证其抗震能力的。1.地基基础抗震设计的一般要求2.可不进行地基基础抗震验算的范围由震害调查得到下面结论：只有少数房屋是由地基的原因而导致上部结构的破坏。大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力不够而产生震害。导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生震陷的软土地基和严重不均匀地基。我国抗震设计规范对量大面广的一般地基和基础不作抗震验算，对容易产生地基基础震害的液化地基，软土地基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以避免或减轻震害。2.可不进行地基基础抗震验算的范围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。3)规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。3.天然地基地震作用下的承载力验算采用“拟静力法”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aEfpaEfp2.1max式中p----基础底面平均压力（kPa)pmax—基础底面边缘最大压力(kPa)faE---地基土抗震允许承载力高宽比大于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15%。4.地基土抗震承载力确定地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。调整的出发点：1）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；2）多数土在有限次的动载下，强度较静载下稍高。4.地基土抗震承载力确定aaaEff式中faE---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fa-----深宽修正后的地基承载力特征值，按《建筑地基基础设计规范》GB50007采用a1.0淤泥，淤泥质土，松散的砂，填土1.1稍密的细、粉砂，的粘性土和粉土，新近沉积的粘性土和粉土1.3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，的粘性土和粉土1.5岩石，稍密的碎石土，密实的砾、粗、中砂，的粘性土和粉土岩土名称和性状kPa300kfkPa300kPa150kfkPa150kPa100kfa地基土抗震承载力调整系数§2.5场地土的液化与抗液化措施一.场地土的液化现象与震害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，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来不及消散，使有效压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。唐山地震时，严重液化地区喷水高度可达8米，厂房沉降可达1米。天津地震时，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可达5立方米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。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、滑移，造成桥梁破坏，等等。液化的震害：1.地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；2.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；3