工程结构抗震 第2章 场地、地基与基础 2.1 场地 场地土刚性（土的坚硬和密实程度）和场地覆盖层厚度是场地条件对建筑震害的主要影响因素。震害表明，土质越软，覆盖层厚度越厚，建筑震害越严重。 建筑场地类别 《抗震规范》规定，建筑场地类别应根据场地土刚性（用土的剪切波速表征）和场地覆盖层厚度划分为四类。 建筑场地类别划分 等效剪切波速(m/s) 场地覆盖层厚度dov (m) dov=0 0<dov<3 3≤dov<5 5 ≤ dov ≤ 15 15<dov ≤ 50 50<dov ≤ 80 dov>80 vs>800 I0 800≥vs >500 I1 500≥vse >250 II 250≥vse >150 III vse ≤ 150 IV

工程结构抗震 2.1 场地 建筑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，且其下卧各岩层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相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可取地面至该土层顶面的距离作为覆盖层厚度。 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。

2.1 场地 工程结构抗震 土的类型划分和剪切波速范围 土的类型 岩石名称和性状 土层剪切波速范围（m/s） 岩石 坚硬、较硬且完整的岩石 vs>800 较坚硬或软质岩石 破碎和较破碎的岩石或软和较软的岩石，密实的碎石土 800≥vs >500 中硬土 中密、稍密的碎石土，密实、中密的砺、粗、中砂，fak>150的粘性土和粉土，坚硬黄土 500≥vs >250 中软土 稍密的砺、粗、中砂，除松散外的细、粉砂， fak≤150的黏性土和粉土， fak>130的填土，可塑新黄土 250≥vs >150 软弱土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的黏性土和粉土， fak≤130的填土，流塑黄土 vs ≤ 150

2.1 场地 土层等效剪切波速 其中： —土层等效剪切波速(m/s)； —计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值； 工程结构抗震 2.1 场地 土层等效剪切波速 多层土等效剪切波速的计算 其中： —土层等效剪切波速(m/s)； —计算深度(m)，取覆盖层厚度和20m两者的较小值； —剪切波在地面至计算深度之间的传播时间(s)； —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) ； n—计算深度范围内土层的分层数。

2.1 场地 例2-1 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地类别。 工程结构抗震 2.1 场地 例2-1 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地类别。 解：因为地面下4.90m以下土层剪切波速vs =500m/s，所以场地计算深度dov =4.9m。 查表得，当 时 ，该场地属于II类场地。

2.1 场地 例2-2 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地的覆盖层厚度。 工程结构抗震 2.1 场地 例2-2 表中为某工程场地地质钻孔资料，试确定该场地的覆盖层厚度。 土层编号 土层底部深度(m) 土层厚度(m) 岩土名称 剪切波速(m/s) 1 3.00 杂填土 120 2 5.50 2.50 粉质黏土 140 3 8.00 细砂 145 4 10.40 2.40 中砂 420 5 13.70 3.30 砺砂 430 解：因为第4层土顶面的埋深为8m，大于5m，且其剪切波速均大于该层以上各土层的2.5倍，而第4层和第5层土的剪切波速均大于400m/s。根据覆盖层厚度确定的要求，本场地可按地面至第4层土顶面的距离确定覆盖层厚度，即dov=8m。

工程结构抗震 2.2 地震时地面运动特性 不同的场地对地震波有不同的放大作用。覆盖层的卓越周期是场地的重要动力特性之一。震害调查表明，凡建筑物的自振周期与场地的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害都有加重的趋势。这是由于建筑物发生类共振现象所致。因此，在建筑抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期，以避免发生类共振现象。 通过对横向地震波振动方程的推导和解答，可以得到： 可见，基岩上的覆盖层越厚，则场地的卓越周期越长。

工程结构抗震 2.2 地震时地面运动特性 北京地区覆盖层厚度与卓越周期关系示意图

工程结构抗震 2.2 地震时地面运动特性 强震时的地面运动 一次强震地面运动可以用加速度峰值、持续时间和主要周期三个特性参数来描述。一般来说，震级大，峰值加速度就高，持续时间就长；场地类别越大，震中距越远，地震的主要周期就越长。 强震地面运动可用强震仪测得，强震仪可以测到所在点加速度时程曲线。 地面加速度三个分量的记录曲线图 地面运动两个水平分量的平均强度大体相同，地面竖向分量相当于水平分量的1/3~2/3。

工程结构抗震 2.3 天然地基与基础 《抗震规范》规定，只要求对地基抗震承载力进行验算，至于地基变形条件，则通过对上部结构或地基基础采取一定的抗震措施来保证。 天然地基上的以下建筑，可不进行天然地基和基础抗震承载力验算： 1、地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑： （1）一般单层厂房和单层空旷房屋； （2）砌体房屋； （3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋； （4）基础荷载与（3）项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗震墙房屋。 2、6度时的建筑（不规则建筑及建造于IV类场地上较高的高层建筑除外）。 3、7度I、II类场地，柱高不超过10m且结构单元两端均有山墙的单跨和等高多跨厂房（锯齿形除外）。 4、7度时和8度（0.2g）I、II类场地的露天吊车栈桥。

工程结构抗震 2.3 天然地基与基础 天然地基承载力验算 验算天然地基在地震作用下的竖向承载力时，按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力应符合要求： 其中： p —地震作用效应标准组合的基础底面平均压力； pmax —地震作用效应标准组合的基础底面边缘最大压力； faE —调整后的地基土抗震承载力。 《抗震规范》规定，高宽比大于4的建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其他建筑，基础底面与地基土之间零应力区域面积不应超过基底面积的15%。 其中： b’ —矩形基础底面受压宽度； b —矩形基础底面宽度。

工程结构抗震 2.3 天然地基与基础 地基土抗震承载力 确定地基土抗震承载力，就要研究动力荷载作用下土的强度，即土的动力强度。大多数土的动力强度都比静强度高。 其中： faE —调整后的地基土抗震承载力； ζsa —地基土抗震承载力调整系数； fa —经深度宽度修正后地基土承载力特征值。 地基土抗震承载力调整系数

工程结构抗震 2.4 液化土地基 液化的概念 在地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势，但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，形成如液体一样，这种现象就称为土的液化。 根据土力学原理，砂土液化是由于饱和砂土在地震时短时间内抗剪强度为零所致。饱和砂土的抗剪强度可写成： 其中： —剪切面上有效法向应力（颗粒压应力）； —剪切面上总的法向压应力； u —剪切面上孔隙水压力； —土的内摩擦角。

工程结构抗震 2.4 液化土地基 影响土的液化的因素 场地土液化需要根据多项指标综合分析，当某一指标达到一定数值时，不论其他因素如何，土都不会发生液化，或即使发生液化也不会造成房屋灾害，称这个数值为这个指标的界限值。 1、地质年代 2、土中黏粒含量 3、上层非液化土层厚度和地下水位深度 4、土的密实程度 5、土层埋深 6、地震烈度和震级

工程结构抗震 2.4 液化土地基 液化土的判别 饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别：6度时，一般情况下可不进行判别，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别；7~9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别。 地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。 判别方法 1、初步判别法 2、标准贯入试验判别法

2.4 液化土地基 初步判别法 饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响： 工程结构抗震 （1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7度、8度时可判别不液化。 （2）粉土的黏粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，可判别为不液化土。 （3）浅埋天然地基上的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时。可不考虑液化影响： 其中： dw —地下水位深度（m），宜按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期 内年最高水位采用； du —上覆非液化土层厚度（m），计算宜将淤泥和淤泥质土层扣除； db —基础埋置深度（m），不超过2m时取2m； d0 —液化土特征深度（m），可查表。

工程结构抗震 2.4 液化土地基 例2-2 图1为某场地地基剖面图。上覆非液化土层厚度du=5.5m，其下为砂土，地下水位深度dw=6.5m。基础埋置深度db=2m，该场地为8度区。试按初步判别公式和图2确定砂土是否须考虑液化的影响。

工程结构抗震 2.4 液化土地基 解：（1）查得液化土特征深度d0=8m，因为 满足判别公式要求，可不考虑液化影响。 （2）

工程结构抗震 2.4 液化土地基 地基抗液化措施 地基抗液化措施应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况综合确定。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。当液化土层较平坦且均匀时，可按下表选用抗液化措施。 抗液化措施

2.4 液化土地基 全部消除地基液化沉陷措施 (1) 采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土中的长度(不包括桩尖部分)，应按 工程结构抗震 计算确定，且对碎石土、砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.8m，对其 他非岩石土尚不宜小于1.5m。 (2) 采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于 0.5m。 (3) 采用加密法(如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等)加固时，应处理至液化 深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。 (4) 用非液化土替换全部液化土，或增加上覆非液化土层的厚度。 (5) 采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处 理深度的1/2，且不小于基础宽度的1/5。

2.4 液化土地基 部分消除地基液化沉陷措施 减轻液化影响的基础和上部结构处理 工程结构抗震 (1) 处理深度应使处理后的地基液化指数减少，其值不宜大于5；大面积筏基、箱基的中心区域处理后的液化指数可比上述规定降低1；对独立基础和条形基础，尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。 (2) 采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准 贯入锤击数临界值。 (3) 基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1r2且不小于基础宽度 的1/5。 (4) 采取减小液化震陷的其他方法，如增厚上覆非液化土层的厚度和改善周边的排水条件等。 减轻液化影响的基础和上部结构处理 (1) 选择合适的基础埋置深度。 (2) 调整基础底面积，减少基础偏心。 (3) 加强基础的整体性和刚度，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土交叉条形基础，加没 基础圈梁等。 (4) 减轻荷载，增强上部结构的铭体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用 对不均匀沉降敏感的结构形式等。 (5) 管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。