第13章 高地震烈度场地

第13章场地和地基的地震效应《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001)规定：抗震设防烈度大于或等于6度的地区，应进行场地和地基地震效应的岩土工程勘察。地震烈度表，是划分地震烈度的标准，主要是根据地震时地面建筑物受破坏的程度、地震现象、人的感觉等等来划分制定的。震级是反映地震本身大小的等级，只与地震释放的能量有关，而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。震级与烈度虽然都是地震的强烈程度指标，但烈度对工程抗震来说具有更为密切的关系。地震烈度分为：①基本烈度地震基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。②场地烈度建设地点在工程有效使用期间内，可能遭遇的最高地震烈度。是在基本烈度的基础上，考虑了小区域地震烈度异常的影响后确定的。③设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。尼泊尔8.1级地震烈度图此次地震灾区最高烈度为Ⅸ度及以上，等震线长轴总体呈北西西走向，Ⅵ度区及以上总面积约为214700平方千米，造成尼泊尔、中国、印度、孟加拉等国受灾。Ⅸ度区及以上面积约8300平方千米，长轴155千米，短轴63千米。Ⅷ度区面积约20500平方千米，长轴260千米，短轴135千米。Ⅶ度区面积约45000平方千米，长轴383千米，短轴236千米。Ⅵ度区面积约140900平方千米，长轴588千米，短轴470千米。强震区（高烈度地震区）：抗震设防烈度大于等于7度地区建筑物（《建设工程抗震设防标准》GB50223-2008）•特殊设防类（甲类）•重点设防类（乙类）•标准设防类（丙类）•适度设防类（丁类）场地：工程群体的所在地，其在平面上大体相当于厂区、居民区、自然村或不小于1.0km2的区域范围。场地土：场地范围一般深度15-20m内地基土场地土的作用：地震波的传播介质结构物地基建筑物震害程度：与场地的地形、地貌、土层性质、水文条件密切相关地震力的破坏作用地变形的破坏作用断裂错动、地裂缝与地倾斜等。地震促使软弱地基变形、失效的破坏作用地震激发滑坡、崩塌与泥石流的破坏作用尼泊尔8.1级强震滑坡尼泊尔8.1级强震堰塞湖2015年4月临洮地震2008汶川地震1933年叠溪地震对于由软岩或松散物质组成的坡体，在震裂溃屈后，可能会在地震过后的一段时间甚至新的因素(暴雨)作用下才发生滑动。北川王家岩滑坡在地震后十余分钟后才整体滑坡，掩埋1600余人。抗震设防的基本思想•现行抗震设计规范适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区建筑工程的抗震设计、隔震、消能减震设计。•抗震设防是以现有的科技水平和经济条件为前提的。我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)，适用于抗震设防烈度为（）度地区建筑工程的抗震设计。A．4、5、6和7B．5、6、7和8C．6、7、8和9D．7、8、9和10我国抗震设防规范的基本思想和原则是以“三个水准”为抗震设防目标。简单地说就是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。“三个水准”的抗震设防目标是：•当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；•当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；•当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不会倒塌或发生危及生命的严重破坏。建筑抗震设防分类•建筑物的抗震设计根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别抗震结构的概念设计•概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。建筑场地的选择•尽可能避开强烈振动效用和地面效应的地段作用场地和地基•避开活动断裂带和与断裂有联系的断层•避开不稳定斜坡或可能产生破坏的斜坡区•避免孤立突出的地形•地下水位埋深过浅的地区•避开浅埋大溶洞持力层和基础方案的选择:基础要砌置于坚硬、密实的地基上，避免松软地基基础砌置深度要大些，以防止地震时建筑物的倾倒同一建筑物不要并用几种不同型式的基础同一建筑物的基础，不要跨越在性质显著不同或厚度变化很大的地基土上建筑物的基础要以刚性强的联结梁连成一个整体建筑物结构形式的选择及抗震措施•(1)多层砌体房屋的抗震构造措施。•1)设置钢筋混凝土构件柱，减少墙身的破坏，并改善其抗震性能，提高延性。•2)设置钢筋混凝土圈梁并与构造柱连接起来，增强了房屋的整体性，改善了房屋的抗震性能，提高了房屋的抗震能力。•3)加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的支承长度和可靠连接•4)加强楼梯间的整体性等。•(2)框架结构构造措施。•钢筋混凝土框架房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式•(3)设置必要的防震缝。场地条件对震害的影响场地条件对建筑物展害影响的主要因素：•场地土的刚度•场地覆盖层的厚度震害表明：•同一震级、震中距，软弱地基地面的自振周期长，振幅大，持续时间长，震害严重•软弱地基上，柔性建筑易遭到破坏；坚硬地基上，柔性建筑表现较好，刚性建筑表现不一•总体上，在软弱地基上建筑物的震害比刚性地基严重；建筑物的震害随覆盖土层厚度的增加而加重建筑场地地段划分这里有两点值得注意：1、不存在饱和砂土和饱和粉上时，不判别液化；虽存在饱和砂土和饱和粉上，但判别结果为不考虑液化，应不划归不利地段。2、半挖半填地基中，当填土厚度小于天然地基基础埋深时，也不属不利地段。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、均匀的中硬土等一般地段不属于有利、不利和危险的地段不利地段软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，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（含故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地箔、地裂、混石流等及发震断裂带上可能发生地表位错的部位场地和场地土类别划分《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）4.1.2：建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。《规范》（GB50011-2010）4.1.6：建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4.1.6划分为四类，其中I类分为I0、I1两个亚类。抗震设计场地土层剪切波速的测量：•1.在场地初步勘察阶段，对大面积的同一地质单元，测量土层剪切波速的钻孔数量，应为控制性钻孔数量的1/5-1/3，山间河谷地区可适量减少，但不宜少于3个。•2.在场地详细勘察阶段，对单幢构筑物，测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个，当测量的剪切波速值相差较大时，可适量增加测孔数量；对同一地质单元内的多幢构筑物，测孔数量可适量减少，但每幢构筑物下不得少于一个。•3.丁类建筑层数不超10层，高度不超30m丙类建筑，可查表计算为场地评定计算深度与剪切波在地表与计算深度之间传播的时间的比值0/sevdt1/nisiitdv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土的类型划分和剪切波速范围土的类型取决于土的刚度，按土的等效剪切波速覆盖层厚度用以描述地震波输入松散层的基准面，从基岩传来的各种谐波分量在覆盖层中有不同的滤波和放大作用，对地面反应谱特征具有重要影响。建筑场地覆盖层厚度确定：1）一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m／s的土层顶面的距离确定。2）当地面5m以下存在剪切波速大于其上部各土层翦切波速2.5倍的土层，且该层及其下卧各层岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该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。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0/sevdt0120146.3577m/s9.5/17010.5/130niisiddv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500sv500250sv250140sv140sv200akf200akf130akf130akf属于中软土（2）确定覆盖层厚度063dm（3）确定建筑场地类别属于Ⅲ类场地层底深度(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520~803~1530~500ⅣⅢⅡⅠ500sev250500sev140250sevsev140m5m5m3501580m3等效剪切波速（m/s）场地类型地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。场地地基条件的固有特征工程意义：自振周期避开卓越周期地脉动法剪切波速法地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期，可划分为四级：一级——稳定基岩，卓越周期是0.1-0.2s，平均为0.15s。二级——一般土层，卓越周期为0.21-0.4s，平均为0.27s。三级为松软土层，卓越周期在二级和四级之间。四级——为异常松软的土层，卓越周期为0.3-0.7s，平均为0.5s.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%。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，强度较静载下绍高。地基土抗震承载力确定aEaaff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深基础的地震稳定性验算地震时挡土墙结构土压力分析场地条件对震害的影响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