第2章场地地基和基础
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7 度时 c (%) 10 8度时 c (%) 13 9度时 c (%) 16
2016/5/27 43
土层地质年代
代 纪 第 四 纪 (Q) 世 全新世(Q4) 更 新 世 晚 (N) 早 (E) 晚期(Q3) 距今 (百万年) 0.012 地史主要特点 近代各种类型的 堆积 地球发育为现代 地形、冰川广布、 黄土生成 哺乳动物全盛 期到猿、人分 第三纪山系形成， 枝 地势分异显著陆 哺乳动物分化 相沉积的砂岩、 页岩及砾石 被子植物繁盛 哺乳动物出现
第二章 场地、地基和基础
2016/5/27
1
第二章内容
2.1 建筑场地 • 2.2 抗震验算
• 2.3 液化土的判别与处理
• 2.4 地基基础的抗震加固
2016/5/27
2
2.1 建筑场地
• 大体相当于一个厂区、居民小区或者自 然村 • 场地会影响地震作用的强弱、特征 • 《规范》把场地分成有利、一般、不利、 危险四种地段 • 另外还分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4种场地土类 型
初步判别
标准贯入试验判别
2016/5/27
41
初步判别
• 初判的作用：
– 可排除一大批地基情况，少做标贯，省时省钱； – 适用于初勘、地基震害预测和抗震设防区划。
2016/5/27
42
初判考虑的因素
• 当符合下列条件之一时，则判别为不液化或不考虑液 化影响： ① 基本烈度为6度的地区。 ② 土层地质年代属Q3或Q3以前的。 ③ 粉土的粘粒含量百分率c ：
2016/5/27 19
第二章内容
• 2.1 建筑场地 2.2 抗震验算 • 2.3 液化土的判别与处理 • 2.4 地基基础的抗震加固
2016/5/27
20
不需要进行天然地基上基础 抗震承载力验算的建筑
1 可不进行上部结构抗震验算的建筑 2 地基主要受力范围内不存在软弱粘土层的： 1） 一般单层厂房、单层空旷房屋 2） 砌体房屋 3） 不超过8层、高度24m以下的一般民用框架、框架－抗震墙房屋 4） 与3）基础荷载相当的多层框架厂房、多层混凝土抗震墙房屋。 其中：软弱粘土层主要指7度、8度和9度时，地基土静承载力特征值 分别小于80 kPa、100 kPa和120 kPa的土层
土的地质年代越古老，其基本性能越稳定。
（2）土层的相对密度
密实程度小则空隙比大，容易液化。
（3）土的组成与性状
细砂与粗砂比较，由于细砂的透水性较差，地震时容 易产生空隙水的超压作用，故细砂比粗砂容易液化。
土的粘性颗粒含量越高，则越不易液化。
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场地土液化的影响因素——续
（4）土层的埋深和地下水位的深度
砂土层的埋深越大，地下水位越深，其饱和砂土层上
的有效覆盖层压力越大，则砂土层越不容易发生液化。
（5）地震烈度和地震持续时间
地震烈度越高，地震持续时间越长，饱和的砂土越容 易液化。
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土层液化的判别方法
• 当建筑场地有饱和的砂土和粉土时，应进行液化判别。 • 液化判别可分两步进行：
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46
标准贯入试验
① 标准贯入试验设备（如图）
由三部分组成： 穿心锤（63.5kg） 触探杆 标准贯入器
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47
标准贯入试验——续
② 标贯试验过程及实测锤击数 · 第一步：用钻具钻至试验土层标高以上15cm处。 · 第二步：将标贯器打至标高位置。 · 第三步：以76cm的落距，用穿心锤打入土层 30cm， 记录锤击数为N63.5。
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天然地基的抗震验算——续
• 注意点： ③ 对于高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底 面不宜出现拉应力。
④ 其它建筑基础底面与地基土之间零应力区面积不应超
过基底面积的15%，即 b´≥0.85b
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28
2.2.3 桩基的抗震验算
• 可不进行桩基抗震承载力验算的
杂填土
粉质 粘土 中密的中砂 基岩
例题2-2解答
• 1.场地覆盖层厚度：dov=20.7m
• 2.计算厚度： d0=20m • 3.计算等效剪切波速： • 由表2-2查出各层土的平均剪切波速： 杂填土（ fk=100kPa ） 粘土（ fk=160kPa ） 中密的中砂
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100m/s 200m/s 375 m/s
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2.1.1 建筑地段的选择
• • • • 有利地段 不利地段 危险地段 一般地段
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4
发震断裂带
2016/5/27
5
发震断裂带
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6
局部孤突地形
• 《规范》4.1.8及条文说明
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山区边坡
• P19
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2.1.2 场地类别的分类
注意
• 地震作用对软土的承载力影响比较大，土越软，在地 震作用下的变形越大。 • 因此，在进行天然地基及基础的抗震承载力验算时， 软弱地基的抗震承载力不予提高。
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26
天然地基的抗震验算
• 验算公式： • ① 基础底面平均压力应符合下式： • p≤faE (2-5) • p — 考虑地震作用效应标准组合的基底平均压力。 • ② 基础底面边缘最大压应力应满足下式： • pmax≤1.2faE (2-6) • pmax—考虑地震作用效应标准组合的基底边缘最大压力。
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百度文库
例题2-2
• 某建筑场地无剪切波速数据，钻孔资料如下表，试确 定该建筑场地类别。
土层底部深度 土层厚度di(m) (m) 2.20
8.00 16.20 20.70 25.00
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岩土名称
静承载力标准值 (kPa) 100
140 160 17
2.20
5.80 8.20 4.50 4.30
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非液化地基中的低承台桩基
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2.液化地基中的低承台桩基
(1)对于一般浅基础，不宜计入承台侧面土抗力或刚性地 坪对水平地震作用的分担作用。 (2)全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算桩 的竖向承载力和桩身的强度： ① 地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理；
N cr N 0 ln 0.6ds 1.5 0.1dw 3 c
其中 d s：饱和土标准贯入点深度（m ）。 d w：地下水位深度（m ）。
(2 11)
c：饱和土粘粒含量百分比。 当 c (%) 3或为砂土时，取值 3。
N cr：标准贯入锤击数临界值。 N 0：标准贯入锤击数基准值。按表 2 7 采用。
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天然地基抗震承载力验算
（1）地基土静承载力特征值fa 按现行规范《建筑地基基础设计规范（GB50007） 》 采用。 （2）地基土抗震承载力 我国《抗震规范》采用地基土静承载力乘以调整系数
后的值作为抗震承载力：
faE＝ a fa
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22
上式记号的说明
• faE —调整后的地基土抗震承载力。 • a —地基土抗震承载力调整系数，按表2－5采用。 • fa —经深度宽度修正后地基土静承载力特征值。按照现 行国家标准《建筑地基基础设计规范（GB50007）》采 用。
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表2-5 地基抗震承载力调整系数
岩土名称和性状
岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak≥300kPa的粘性土 和粉土 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，150kPa≤fak＜300kPa的粘性土和粉土，坚硬黄土 稍密的细、粉砂， 100kPa≤fak＜ 150kPa的粘性土和粉土，可塑黄 土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，填土，新近堆积黄土和流塑的黄土
2016/5/27
14
例题
• 某场地钻孔地质资料如下表，试确定该建筑场地类别。
土层底部深度 (m) 2.50 4.00 4.90 土层厚度di(m) 2.50 1.50 0.90 岩土名称 杂填土 粉土 中砂 剪切波速 Vs(m/s) 200 280 310
6.10
1.20
砾砂
510
2016/5/27
• 场地土的动力特性不同，建筑物的震害也不同。
– 软土地基上，柔性建筑物震害严重，刚性建筑物震 害较轻。硬土地基上，则相反。 – 总体上，软土地基上的震害重于硬土地基上的建筑 物震害 – 震害随场地覆盖层厚度的增加而加重。
• 场地类别就是依据土的软硬和覆盖层厚度分类
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土的软硬
2016/5/27
或 du+dw>1.5do+2db-4.5 其中：
db —基础埋深。
do—液化土特征深度，见下表。
饱和土类别 粉土 砂土
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液化土特征深度 do
7度 6m 7m 8度 7m 8m 9度 8m 9m
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再判——标准贯入试验判别
• 当初判后，认为需要进一步进行液化判别时，则应采 用标准贯入试验判别法进行“再判”。 • 贯入试验一般须判别地面以下15m范围内土的液化。 • 当采用桩基或埋深大于5m的深基础时，尚应考虑15～ 20m范围内土的液化。
a
1.5
1.3 1.1 1.0
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24
为什么地基土抗震承载力比静承载力高
• 由表2-5可见： • 除了十分软弱土层以外，国内外对地基土抗震承载力 取值都比其静承载力有所提高。 • 这是因为： ① 土的动力强度一般比静力强度略高。
② 地震作用下可靠度容许适当降低。
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25
18
粉质粘土（ fk=140kPa ） 200m/s
例题2-2解答
• 计算剪切波传播时间：
2.2 5.8 8.2 4.5 0.7 t 0.102 s 100 200 200 375
• 计算等效剪切波速：
d0 20 v se 196 m/s t 0.102
• 4.确定建筑场地类别：查表2-3得Ⅱ类建筑场地。
2016/5/27
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土层液化判别
• 当地面下20m深度范围内的锤击数N63.5小于临界值Ncr， 应判为液化土，否则为非液化土。
• 即 •
N63.5<Ncr N63.5>Ncr
则为液化土； 则为非液化土。
• 其中： Ncr — 锤击数临界值Ncr，计算公式见下页。
2016/5/27 49
标准贯入试验锤击数的临界值公式
15
例题2-1解答
• 1.场地覆盖层厚度：dov=4.9m • 2.计算厚度： d0=4.9m • 3.计算等效剪切波速：
2.5 1.5 0.9 t 0.0208 s 200 280 310 d0 4.9 v se 236 m/s t 0.0208 • 4.建筑场地类别：查表P22页，建筑场地为Ⅱ类。
44
人类出现并急 剧发展
新 生 代 (Kz)
中期(Q2)
早期(Q1) 上新世(N2) 中新世(N1) 渐新世(E3) 始新世(E2) 古新世(E1) 1 12 25 40 60 70
第 三 纪 (R)
2016/5/27
初判考虑的因素——续
④ 地下水位深度dw ：dw>do+db-3
⑤ 覆盖非液化土层厚度du ：du>do+db-2
② 地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，
上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数0.8。
2016/5/27
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第二章内容
• 2.1 建筑场地 • 2.2 抗震验算
2.3 液化土的判别与处理
• 2.4 地基基础的抗震加固
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32
土层液化的概念
• 当饱和的砂土和粉土受到地震时，因土颗粒之间变密， 在短时间内孔隙中的水来不及排出，使土颗粒处于悬 浮状态如同液体一样，这种现象即为土的液化。 • 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。
2016/5/27
33
场地土液化的危害
（1）引起地面喷水冒砂、 地基不均匀沉降、地裂 滑坡等。 （2）造成建筑物下沉、倾 斜、上浮等震害。
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34
场地土液化
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场地土液化的影响因素
（1）土层的地质年代和组成
10
场地覆盖层厚度——地面到坚硬土
顶面的距离
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土层等效剪切波速公式
d0 v se t d0 n di i 1 v si
d1 d2
di
dn
(a) 原来土层
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d0
vse
d0
(b) 折算土层
13
等效剪切波速
d0 —计算深度（m），取覆盖层厚度和20m两者中的较 小值；
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土层地质年代
代 纪 第 四 纪 (Q) 世 全新世(Q4) 更 新 世 晚 (N) 早 (E) 晚期(Q3) 距今 (百万年) 0.012 地史主要特点 近代各种类型的 堆积 地球发育为现代 地形、冰川广布、 黄土生成 哺乳动物全盛 期到猿、人分 第三纪山系形成， 枝 地势分异显著陆 哺乳动物分化 相沉积的砂岩、 页岩及砾石 被子植物繁盛 哺乳动物出现
第二章 场地、地基和基础
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第二章内容
2.1 建筑场地 • 2.2 抗震验算
• 2.3 液化土的判别与处理
• 2.4 地基基础的抗震加固
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2.1 建筑场地
• 大体相当于一个厂区、居民小区或者自 然村 • 场地会影响地震作用的强弱、特征 • 《规范》把场地分成有利、一般、不利、 危险四种地段 • 另外还分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4种场地土类 型
初步判别
标准贯入试验判别
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初步判别
• 初判的作用：
– 可排除一大批地基情况，少做标贯，省时省钱； – 适用于初勘、地基震害预测和抗震设防区划。
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42
初判考虑的因素
• 当符合下列条件之一时，则判别为不液化或不考虑液 化影响： ① 基本烈度为6度的地区。 ② 土层地质年代属Q3或Q3以前的。 ③ 粉土的粘粒含量百分率c ：
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第二章内容
• 2.1 建筑场地 2.2 抗震验算 • 2.3 液化土的判别与处理 • 2.4 地基基础的抗震加固
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不需要进行天然地基上基础 抗震承载力验算的建筑
1 可不进行上部结构抗震验算的建筑 2 地基主要受力范围内不存在软弱粘土层的： 1） 一般单层厂房、单层空旷房屋 2） 砌体房屋 3） 不超过8层、高度24m以下的一般民用框架、框架－抗震墙房屋 4） 与3）基础荷载相当的多层框架厂房、多层混凝土抗震墙房屋。 其中：软弱粘土层主要指7度、8度和9度时，地基土静承载力特征值 分别小于80 kPa、100 kPa和120 kPa的土层
土的地质年代越古老，其基本性能越稳定。
（2）土层的相对密度
密实程度小则空隙比大，容易液化。
（3）土的组成与性状
细砂与粗砂比较，由于细砂的透水性较差，地震时容 易产生空隙水的超压作用，故细砂比粗砂容易液化。
土的粘性颗粒含量越高，则越不易液化。
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场地土液化的影响因素——续
（4）土层的埋深和地下水位的深度
砂土层的埋深越大，地下水位越深，其饱和砂土层上
的有效覆盖层压力越大，则砂土层越不容易发生液化。
（5）地震烈度和地震持续时间
地震烈度越高，地震持续时间越长，饱和的砂土越容 易液化。
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40
土层液化的判别方法
• 当建筑场地有饱和的砂土和粉土时，应进行液化判别。 • 液化判别可分两步进行：
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标准贯入试验
① 标准贯入试验设备（如图）
由三部分组成： 穿心锤（63.5kg） 触探杆 标准贯入器
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标准贯入试验——续
② 标贯试验过程及实测锤击数 · 第一步：用钻具钻至试验土层标高以上15cm处。 · 第二步：将标贯器打至标高位置。 · 第三步：以76cm的落距，用穿心锤打入土层 30cm， 记录锤击数为N63.5。
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天然地基的抗震验算——续
• 注意点： ③ 对于高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底 面不宜出现拉应力。
④ 其它建筑基础底面与地基土之间零应力区面积不应超
过基底面积的15%，即 b´≥0.85b
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2.2.3 桩基的抗震验算
• 可不进行桩基抗震承载力验算的
杂填土
粉质 粘土 中密的中砂 基岩
例题2-2解答
• 1.场地覆盖层厚度：dov=20.7m
• 2.计算厚度： d0=20m • 3.计算等效剪切波速： • 由表2-2查出各层土的平均剪切波速： 杂填土（ fk=100kPa ） 粘土（ fk=160kPa ） 中密的中砂
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100m/s 200m/s 375 m/s
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2.1.1 建筑地段的选择
• • • • 有利地段 不利地段 危险地段 一般地段
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4
发震断裂带
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发震断裂带
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6
局部孤突地形
• 《规范》4.1.8及条文说明
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山区边坡
• P19
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2.1.2 场地类别的分类
注意
• 地震作用对软土的承载力影响比较大，土越软，在地 震作用下的变形越大。 • 因此，在进行天然地基及基础的抗震承载力验算时， 软弱地基的抗震承载力不予提高。
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天然地基的抗震验算
• 验算公式： • ① 基础底面平均压力应符合下式： • p≤faE (2-5) • p — 考虑地震作用效应标准组合的基底平均压力。 • ② 基础底面边缘最大压应力应满足下式： • pmax≤1.2faE (2-6) • pmax—考虑地震作用效应标准组合的基底边缘最大压力。
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例题2-2
• 某建筑场地无剪切波速数据，钻孔资料如下表，试确 定该建筑场地类别。
土层底部深度 土层厚度di(m) (m) 2.20
8.00 16.20 20.70 25.00
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岩土名称
静承载力标准值 (kPa) 100
140 160 17
2.20
5.80 8.20 4.50 4.30
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非液化地基中的低承台桩基
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2.液化地基中的低承台桩基
(1)对于一般浅基础，不宜计入承台侧面土抗力或刚性地 坪对水平地震作用的分担作用。 (2)全部水平地震作用由桩承担并按以下两种状态验算桩 的竖向承载力和桩身的强度： ① 地震时，液化土的刚度与摩阻力按折减一半处理；
N cr N 0 ln 0.6ds 1.5 0.1dw 3 c
其中 d s：饱和土标准贯入点深度（m ）。 d w：地下水位深度（m ）。
(2 11)
c：饱和土粘粒含量百分比。 当 c (%) 3或为砂土时，取值 3。
N cr：标准贯入锤击数临界值。 N 0：标准贯入锤击数基准值。按表 2 7 采用。
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天然地基抗震承载力验算
（1）地基土静承载力特征值fa 按现行规范《建筑地基基础设计规范（GB50007） 》 采用。 （2）地基土抗震承载力 我国《抗震规范》采用地基土静承载力乘以调整系数
后的值作为抗震承载力：
faE＝ a fa
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上式记号的说明
• faE —调整后的地基土抗震承载力。 • a —地基土抗震承载力调整系数，按表2－5采用。 • fa —经深度宽度修正后地基土静承载力特征值。按照现 行国家标准《建筑地基基础设计规范（GB50007）》采 用。
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表2-5 地基抗震承载力调整系数
岩土名称和性状
岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗、中砂，fak≥300kPa的粘性土 和粉土 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，150kPa≤fak＜300kPa的粘性土和粉土，坚硬黄土 稍密的细、粉砂， 100kPa≤fak＜ 150kPa的粘性土和粉土，可塑黄 土 淤泥和淤泥质土，松散的砂，填土，新近堆积黄土和流塑的黄土
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例题
• 某场地钻孔地质资料如下表，试确定该建筑场地类别。
土层底部深度 (m) 2.50 4.00 4.90 土层厚度di(m) 2.50 1.50 0.90 岩土名称 杂填土 粉土 中砂 剪切波速 Vs(m/s) 200 280 310
6.10
1.20
砾砂
510
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• 场地土的动力特性不同，建筑物的震害也不同。
– 软土地基上，柔性建筑物震害严重，刚性建筑物震 害较轻。硬土地基上，则相反。 – 总体上，软土地基上的震害重于硬土地基上的建筑 物震害 – 震害随场地覆盖层厚度的增加而加重。
• 场地类别就是依据土的软硬和覆盖层厚度分类
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土的软硬
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或 du+dw>1.5do+2db-4.5 其中：
db —基础埋深。
do—液化土特征深度，见下表。
饱和土类别 粉土 砂土
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液化土特征深度 do
7度 6m 7m 8度 7m 8m 9度 8m 9m
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再判——标准贯入试验判别
• 当初判后，认为需要进一步进行液化判别时，则应采 用标准贯入试验判别法进行“再判”。 • 贯入试验一般须判别地面以下15m范围内土的液化。 • 当采用桩基或埋深大于5m的深基础时，尚应考虑15～ 20m范围内土的液化。
a
1.5
1.3 1.1 1.0
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为什么地基土抗震承载力比静承载力高
• 由表2-5可见： • 除了十分软弱土层以外，国内外对地基土抗震承载力 取值都比其静承载力有所提高。 • 这是因为： ① 土的动力强度一般比静力强度略高。
② 地震作用下可靠度容许适当降低。
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粉质粘土（ fk=140kPa ） 200m/s
例题2-2解答
• 计算剪切波传播时间：
2.2 5.8 8.2 4.5 0.7 t 0.102 s 100 200 200 375
• 计算等效剪切波速：
d0 20 v se 196 m/s t 0.102
• 4.确定建筑场地类别：查表2-3得Ⅱ类建筑场地。
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土层液化判别
• 当地面下20m深度范围内的锤击数N63.5小于临界值Ncr， 应判为液化土，否则为非液化土。
• 即 •
N63.5<Ncr N63.5>Ncr
则为液化土； 则为非液化土。
• 其中： Ncr — 锤击数临界值Ncr，计算公式见下页。
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标准贯入试验锤击数的临界值公式
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例题2-1解答
• 1.场地覆盖层厚度：dov=4.9m • 2.计算厚度： d0=4.9m • 3.计算等效剪切波速：
2.5 1.5 0.9 t 0.0208 s 200 280 310 d0 4.9 v se 236 m/s t 0.0208 • 4.建筑场地类别：查表P22页，建筑场地为Ⅱ类。
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人类出现并急 剧发展
新 生 代 (Kz)
中期(Q2)
早期(Q1) 上新世(N2) 中新世(N1) 渐新世(E3) 始新世(E2) 古新世(E1) 1 12 25 40 60 70
第 三 纪 (R)
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初判考虑的因素——续
④ 地下水位深度dw ：dw>do+db-3
⑤ 覆盖非液化土层厚度du ：du>do+db-2
② 地震后，取非抗震设计组合，液化层的摩阻力取零，
上覆非液化层的摩阻力乘以折减系数0.8。
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第二章内容
• 2.1 建筑场地 • 2.2 抗震验算
2.3 液化土的判别与处理
• 2.4 地基基础的抗震加固
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土层液化的概念
• 当饱和的砂土和粉土受到地震时，因土颗粒之间变密， 在短时间内孔隙中的水来不及排出，使土颗粒处于悬 浮状态如同液体一样，这种现象即为土的液化。 • 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。
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场地土液化的危害
（1）引起地面喷水冒砂、 地基不均匀沉降、地裂 滑坡等。 （2）造成建筑物下沉、倾 斜、上浮等震害。
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场地土液化
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场地土液化的影响因素
（1）土层的地质年代和组成
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场地覆盖层厚度——地面到坚硬土
顶面的距离
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土层等效剪切波速公式
d0 v se t d0 n di i 1 v si
d1 d2
di
dn
(a) 原来土层
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d0
vse
d0
(b) 折算土层
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等效剪切波速
d0 —计算深度（m），取覆盖层厚度和20m两者中的较 小值；