第第4章章 場地、地基和基礎(chǔ)場地、地基和基礎(chǔ)4.1 建筑場地建筑場地4.1.1 建筑場地的選擇建筑場地的選擇4.1.2 建筑場地的地震影響建筑場地的地震影響4.1.3 建筑場地類別劃分建筑場地類別劃分4.2 天然地基和基礎(chǔ)的抗震驗算天然地基和基礎(chǔ)的抗震驗算4.2.1 天然地基的抗震能力天然地基的抗震能力4.2.2 天然地基的抗震驗算天然地基的抗震驗算4.3 液化地基的判別與處理液化地基的判別與處理4.3.1 地基土的液化概念地基土的液化概念4.3.2 地基土的液化判別地基土的液化判別4.3.3 地基抗液化措施地基抗液化措施4.4 第第4章章 場地、地基和基礎(chǔ)場地、地基和基礎(chǔ)【思維導(dǎo)圖】建筑場地建筑場地是指建筑物所在地，其范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)是指建筑物所在地，其范圍大體相當(dāng)于廠區(qū)、居民小區(qū)和自然村或不小于、居民小區(qū)和自然村或不小于1平方公里的面積，該區(qū)平方公里的面積，該區(qū)域具有相似的反應(yīng)譜特征。域具有相似的反應(yīng)譜特征。所以所以場地：是個大范圍。場地：是個大范圍。地基：地基：是指建筑物基礎(chǔ)下的場地土，是個小范圍。是指建筑物基礎(chǔ)下的場地土，是個小范圍。4.1.1 建筑場地的選擇 地震波地震波通過通過基巖基巖傳到傳到場地，場地，再由場地中的再由場地中的地基地基傳遞給傳遞給建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)。建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)。建筑場地的地質(zhì)條件與地形地貌對建筑物的震害有著建筑場地的地質(zhì)條件與地形地貌對建筑物的震害有著顯著的影響。因此，顯著的影響。因此，從建筑抗震概念設(shè)計角度考察，從建筑抗震概念設(shè)計角度考察，首先應(yīng)重視建筑場地的選擇。首先應(yīng)重視建筑場地的選擇。1 1地段類別的劃分地段類別的劃分 抗震規(guī)范把建筑場地劃分為抗震規(guī)范把建筑場地劃分為以下以下4種地段：種地段：表表4-1 對抗震對抗震有利、不利、危險和一般地段有利、不利、危險和一般地段的劃分的劃分地段類別地段類別地質(zhì)、地形、地貌地質(zhì)、地形、地貌有利地段有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土、開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等不利地段不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結(jié)構(gòu)性裂縫等危險地段危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的部位一般地段一般地段不屬于有利、不利和危險的地段 建筑場地的建筑場地的選址原則選址原則：（1）應(yīng)選擇對抗震有利地段；應(yīng)選擇對抗震有利地段；（2）避開不利地段，當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋荛_不利地段，當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?；抗震措施；?）不應(yīng)在危險地段上建造建筑物。不應(yīng)在危險地段上建造建筑物。4.1.1 建筑場地的選擇2.發(fā)震斷裂帶的震害和避讓發(fā)震斷裂帶的震害和避讓 斷裂帶：斷裂帶：是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)是地質(zhì)構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，在地震時可能產(chǎn)生新在地震時可能產(chǎn)生新的錯動的錯動，使地面建筑遭受較大破壞使地面建筑遭受較大破壞，屬于危險地段屬于危險地段。斷裂帶錯動的影響因素：斷裂帶錯動的影響因素：地震震級地震震級愈愈大大，出露于地表的斷層長度愈長出露于地表的斷層長度愈長，斷層錯斷層錯位愈大；位愈大；覆蓋層厚度覆蓋層厚度愈大愈大，出露于地表的錯動與斷層長度就愈?。怀雎队诘乇淼腻e動與斷層長度就愈?。簧絽^(qū)山區(qū)出露于地表的斷層長度和水平錯位相出露于地表的斷層長度和水平錯位相較較于平原于平原、丘陵地區(qū)要丘陵地區(qū)要大大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在地震烈度小于在地震烈度小于8 8度的地區(qū)度的地區(qū)，地面一般不產(chǎn)生斷地面一般不產(chǎn)生斷裂錯動裂錯動。2發(fā)震斷裂的工程影響評價抗震規(guī)范抗震規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：1）符合以下情況符合以下情況，可不考慮發(fā)震斷層錯動對地面建筑的可不考慮發(fā)震斷層錯動對地面建筑的影響影響?？拐鹪O(shè)防烈度小于抗震設(shè)防烈度小于8度；度；非非全新世活動斷裂；全新世活動斷裂；抗震設(shè)防烈度為抗震設(shè)防烈度為8度和度和9度時度時，隱伏斷裂的土層覆蓋隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于厚度分別大于60m和和90m。2）對對不符合不符合上述規(guī)定的情況上述規(guī)定的情況，隱伏斷裂帶將在地震時重隱伏斷裂帶將在地震時重新錯動并直通地表新錯動并直通地表，單靠抗震設(shè)計很難達到地面建筑物單靠抗震設(shè)計很難達到地面建筑物的安全要求的安全要求。必須避開主斷裂帶必須避開主斷裂帶，其距離應(yīng)大于其距離應(yīng)大于100m以上以上。表4-2 發(fā)震斷裂帶的最小避讓距離（m）烈度烈度建筑抗震設(shè)防類別建筑抗震設(shè)防類別甲乙丙丁8專門研究2001009專門研究4002004.1.1 建筑場地的選擇2001年1月印度7.9級大地震座落在活斷層上的一座二層小學(xué)教學(xué)樓被完全摧毀座落在活斷層上的一座二層小學(xué)教學(xué)樓被完全摧毀2008年5月汶川8.0級大地震建在斷層上的建筑物遭受到嚴(yán)重破壞，而斷層兩建在斷層上的建筑物遭受到嚴(yán)重破壞，而斷層兩2008年5月汶川8.0級大地震彭州白鹿中心小學(xué)教學(xué)樓驚險地避過了發(fā)震斷層彭州白鹿中心小學(xué)教學(xué)樓驚險地避過了發(fā)震斷層3.局部孤突地形的震害影響 局部孤突地形：局部孤突地形：是指條狀突出的山嘴是指條狀突出的山嘴、高聳孤立的高聳孤立的山丘山丘、非巖石和強風(fēng)化巖石的陡坡等地段非巖石和強風(fēng)化巖石的陡坡等地段，屬于不屬于不利地段利地段。震害：位于局部孤立突出的地形震害：位于局部孤立突出的地形，如孤立的小山包如孤立的小山包或山梁頂部的建筑或山梁頂部的建筑，由于局部突出地形對地震動參由于局部突出地形對地震動參數(shù)的放大作用數(shù)的放大作用，其震害一般均較平地上同類建筑為其震害一般均較平地上同類建筑為重重。選址選址：應(yīng)盡可能地避開應(yīng)盡可能地避開上述地段上述地段。34.山區(qū)建筑場地對邊坡穩(wěn)定的要求震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有些有些山區(qū)的建筑物損壞山區(qū)的建筑物損壞，不是房屋本身不是房屋本身的原因的原因，而是因臨近穩(wěn)定性差的山坡發(fā)生山體滑坡而是因臨近穩(wěn)定性差的山坡發(fā)生山體滑坡，造造成建筑物倒塌甚至被掩埋成建筑物倒塌甚至被掩埋。必須必須注意邊坡穩(wěn)定對房屋抗震設(shè)防的影響注意邊坡穩(wěn)定對房屋抗震設(shè)防的影響?？拐鹨?guī)范抗震規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：（1）山區(qū)建筑場地應(yīng)根據(jù)地質(zhì)山區(qū)建筑場地應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、地形條件和地形條件和使用使用要求要求，因地制宜設(shè)置符合抗震設(shè)防要求的因地制宜設(shè)置符合抗震設(shè)防要求的邊坡工程邊坡工程。邊坡應(yīng)避免邊坡應(yīng)避免深挖高填深挖高填，對坡高較大且穩(wěn)定對坡高較大且穩(wěn)定性差的邊坡應(yīng)采用性差的邊坡應(yīng)采用后仰放坡或后仰放坡或分階放坡分階放坡。（2）邊坡設(shè)計邊坡設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330的要求的要求。震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，即使在即使在同一烈度區(qū)同一烈度區(qū)內(nèi)內(nèi)，不同場地不同場地上的建筑物震害也有很大差異上的建筑物震害也有很大差異，所以所以工程地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件對對地震破壞的影響很大地震破壞的影響很大，常有地震烈度異常現(xiàn)象常有地震烈度異?，F(xiàn)象。建筑場地的地震影響建筑場地的地震影響，有以下一些特點：有以下一些特點：4.1.2 建筑場地的地震影響1.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軟弱場地上建筑物的震害一般比堅硬場地軟弱場地上建筑物的震害一般比堅硬場地上建筑物的震害要嚴(yán)重。上建筑物的震害要嚴(yán)重。原因：原因：（1）在軟弱的地基上，在軟弱的地基上，長周期的柔性結(jié)構(gòu)破壞較重，長周期的柔性結(jié)構(gòu)破壞較重，短周期的剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好；短周期的剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好；在堅硬的地基上，在堅硬的地基上，柔性柔性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好，而剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不一。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)較好，而剛性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不一。即即當(dāng)建筑物的自振周期與場地土的固有周期相近時，當(dāng)建筑物的自振周期與場地土的固有周期相近時，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)將增大。結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)將增大。（2）在堅硬的地基上，在堅硬的地基上，一般是結(jié)構(gòu)破壞；一般是結(jié)構(gòu)破壞；在軟弱的地在軟弱的地基上，基上，有結(jié)構(gòu)破壞，也有有結(jié)構(gòu)破壞，也有地基破壞地基破壞（如：產(chǎn)生地基液（如：產(chǎn)生地基液2.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，深厚覆蓋土層上建筑物的震害比較重。深厚覆蓋土層上建筑物的震害比較重。原因：原因：（1）覆蓋層厚度的大小直接影響地面反應(yīng)譜的周期及強覆蓋層厚度的大小直接影響地面反應(yīng)譜的周期及強度度。基巖埋深大時基巖埋深大時，能使地面運動中的長周期分量有能使地面運動中的長周期分量有所加強所加強。（2）場地覆蓋土層與柔性結(jié)構(gòu)發(fā)生類共振場地覆蓋土層與柔性結(jié)構(gòu)發(fā)生類共振。（3）容易產(chǎn)生地基液化容易產(chǎn)生地基液化、軟土震陷和地基不均勻沉降等軟土震陷和地基不均勻沉降等震害震害。3.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，場地的土質(zhì)條件對于改變地震波的頻率特場地的土質(zhì)條件對于改變地震波的頻率特性具有重要作用。性具有重要作用。原因：原因：（1）地震動的卓越周期地震動的卓越周期：從震源傳來的地震波中從震源傳來的地震波中，幅值幅值最大的諧波分量所對應(yīng)的周期。最大的諧波分量所對應(yīng)的周期。（2）場地土對地震波具有放大作用場地土對地震波具有放大作用：地震波通過覆蓋土地震波通過覆蓋土層傳向地表時，層傳向地表時，場地土?xí)⒌卣鸩ㄖ型芷诘姆至糠艌龅赝習(xí)⒌卣鸩ㄖ型芷诘姆至糠糯?。大。?dāng)當(dāng)?shù)卣饎幼吭街芷谂c場地土固有周期地震動卓越周期與場地土固有周期一致時一致時，產(chǎn)，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，地表振幅大大增加生共振現(xiàn)象，地表振幅大大增加，震動最強烈。，震動最強烈。（3）場地土對地震波場地土對地震波又又具有濾波作用具有濾波作用：地震波中地震波中與場地與場地4.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，堅硬場地上自振周期短的剛性建筑物堅硬場地上自振周期短的剛性建筑物，以及，以及軟軟弱場地上自振周期長的柔性建筑物，震害均弱場地上自振周期長的柔性建筑物，震害均較較大。大。原因：原因：（1）由于表土層的由于表土層的濾波作用，濾波作用，使堅硬場地的地震動以短周使堅硬場地的地震動以短周期為主，而軟弱場地土則以長周期為主。期為主，而軟弱場地土則以長周期為主。（2）由于表土層的由于表土層的放大作用，放大作用，使堅硬場地土地震動加速度使堅硬場地土地震動加速度幅值在短周期內(nèi)局部增大；同理，使軟弱場地土地震動加幅值在短周期內(nèi)局部增大；同理，使軟弱場地土地震動加速度幅值在長周期范圍內(nèi)局部增大。速度幅值在長周期范圍內(nèi)局部增大。（3）當(dāng)?shù)卣饎拥淖吭街芷凇龅赝恋墓逃兄芷谂c建筑物的當(dāng)?shù)卣饎拥淖吭街芷?、場地土的固有周期與建筑物的自振周期自振周期三者接近時，三者接近時，發(fā)生共振現(xiàn)象，發(fā)生共振現(xiàn)象，建筑物的建筑物的地震反應(yīng)地震反應(yīng)增大，增大，震害加重。震害加重。請思考：請思考：下圖中兩座建筑物，在經(jīng)歷下圖中兩座建筑物，在經(jīng)歷不同周期特點的地震作用影不同周期特點的地震作用影響時，響時，哪座建筑更易破壞？哪座建筑更易破壞？震后震后震前震前 抗震規(guī)范抗震規(guī)范根據(jù)根據(jù)場地土類型場地土類型和和場地覆蓋層厚度場地覆蓋層厚度兩兩個因素個因素，對建筑場地類別進行了劃分對建筑場地類別進行了劃分。場地土場地土研究對象研究對象是：地面以下是：地面以下20m，且不超過場且不超過場地覆蓋層厚度以內(nèi)的各層土地覆蓋層厚度以內(nèi)的各層土。4.1.3 建筑場地的類別劃分 場地土類型場地土類型，是按照是按照土層本身的剛度特性土層本身的剛度特性來來劃分的劃分的，根據(jù)根據(jù)土層剪切波速土層剪切波速可劃分為可劃分為 5種種（見見表表4-3）；一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測波速確定一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測波速確定。當(dāng)當(dāng)無實測剪切波速無實測剪切波速時時，可根據(jù)可根據(jù)巖土名稱和性巖土名稱和性1.場地土的類型4.1.3 建筑場地的類別劃分土的類型土的類型巖土名稱和性狀巖土名稱和性狀土層剪切波速土層剪切波速范圍范圍/(/(m s-1)巖石巖石堅硬堅硬、較硬且完整的巖石較硬且完整的巖石vs 800 800 堅硬土和軟堅硬土和軟質(zhì)巖石質(zhì)巖石穩(wěn)定巖石穩(wěn)定巖石，密實的碎石土密實的碎石土800800vs 500 500 中硬土中硬土中密中密，稍密的碎石土稍密的碎石土，密實密實。中密的礫中密的礫、粗粗、中砂中砂，fakak150 kPa的粘性土和粉土的粘性土和粉土、堅硬堅硬黃土黃土500500vs250250中軟土中軟土稍密的礫稍密的礫