4.2天然地基和基础的抗震验算在线视频

各位同学

大家好

本节我们将讲述地基土的液化和抗震的液化措施

在本节当中

共讲述四个问题

首先是地基土的液化

接下来是地基土液化的判别和地基土液化的评价

最后给大家介绍一下抗震液化的相关措施

对于地基液化来说

右边这两幅图描述了地基液化以后的结果

从图当中

可以发现

地基液化以后

实际上对于建筑来说是致命的

建筑会产生一些倒塌

地面会出现一些裂缝和沉降的现象

因此

对于地基土的液化

我们特别需要重视

首先了解一下地基土液化的相关概念

这里所谓的液化，指的是地下水位以下的砂土或者是粉土处于饱和状态

在一定强度的动荷载作用下

表现出来类似于液体的性状

完全失去强度和刚度的这种现象

我们就称之为地基土的液化

地基土产生液化的原因有很多

包括了地震、车辆机械的振动、打桩以及爆破等等

都能够产生地基土的液化

实际上地基土的液化危害非常大

特别是对于地震来说

地震引起的大面积甚至是深层的土体液化，其危害性尤为强烈

常常会造成整个场地的整体性失稳

例如这一幅图就是日本新泻地震的时候

地基液化导致的房屋整体倒塌的一种现象

除了房屋整体倒塌以外

有的时候地基液化也会导致房屋基础露出地面

实际上也就是地面产生了大量的沉降

从而使建筑物的基础露出地面

接下来我们就需要了解一下究竟为什么会产生液化

也就是液化的机理

实际上，在饱和的砂土或者是饱和的粉土当中

由于振动引起了颗粒的悬浮

使得颗粒间的超静孔隙水压力急剧上升

直到超孔隙水压力等于总应力的时候

根据有效应力的原理

就可以得到有效应力为零

这个时候砂土就会失去强度

呈现出液体流动的状态

这就是所谓的液化现象

下面的这幅图就可以描述这种现象

在振动台上的松砂

在振动台振动的时候

它的超孔隙水压力是急剧上升的

到超孔压等于总应力的时候

这个时候砂土就会呈现出液化的状态

这就是液化的相关机理

我们看一下具体的情况，当场地中存在着松砂土层的时候

在地下水位以下存在一些松砂土层，在地震前

具有很大的孔隙

孔隙当中充满了水

当地震荷载来临以后

这些饱和的粉砂就会产生液化的现象

颗粒处于悬浮的状态

这个时候就可能会产生一些喷砂冒水的现象

当地震以后

剩余的孔隙水压力需要进行消散

多余的孔隙水就会排出

这个时候就会造成地面的沉降

以及造成建筑物的一些倾斜等现象

实际上我们所说的日本新潟地震

造成房屋的倒塌

实际上就是这种现象

地基土的液化主要发生在地下水位以下的饱和砂土和粉土当中

这里大家特别需要注意是地下水位以下的饱和砂土和粉土

才会产生液化的现象

如果没有水

永远不会产生液化的现象

这一点大家需要特别注意

到底有哪些因素能够影响到地基的液化呢？

首先是土层的地质年代和组成

接下来是土层的埋深和地下水位的深度

土的密实程度和黏粒的含量也会影响地基的液化

最后是地震的烈度和地震的持续时间

总的来说

地基土的液化和这四个因素是密切相关的

因此，我们在进行地基土液化判别的时候

就需要考虑这四个方面的因素

接下来我们了解一下地基土液化的判别方法

我国的抗震设计规范当中规定

对于六度区

一般情况下，对饱和的砂土和饱和的粉土可不进行液化判别和地基的处理

但

对液化沉陷敏感的乙类建筑

即由于地基液化引起的沉陷

可能会导致结构的破坏

或者是结构不能正常使用的

可按7度区要求进行判别

和处理

这个规定也就意味着在六度区的时候

一般情况下可不进行判别

但是对于一些特殊的建筑

例如对于液化沉陷特别敏感的乙类建筑

我们需要按照七度的要求进行判别和处理

当设防烈度为七度至九度时

乙类建筑可按本地区的抗震设防烈度的要求进行判别和处理

也就意味着

在七度到九度的时候

我们必须进行地基土的液化判别

地基土液化判别的过程

我们分为两步

初步的判别和标准贯入试验的判别两个步骤

接下来，我们首先认识一下初步的判别方法

初步判别的时候

对于饱和的砂土或者饱和的粉土

符合下面三个条件之一的时候

可以初步判断为不液化的土

或者是可以不考虑液化影响的土

首先是地质年代为第四纪晚更新世及其以前

且设防烈度为七度

八度的时候

可以不考虑

液化

第二个是黏土的黏粒含量

也就是粒径小于零点零五毫米

颗粒的含量百分率在烈度分别为七度、八度

九度时分别大于百分之十、百分之十三和百分之十六

这个时候也可初步判断为不液化的土

除了前两个判别方法以外

对于浅埋的天然地基的建筑

当地下水位的深度和覆盖的非液化土层的厚度

满足下面三个公式之一的时候

也可以不考虑土的液化

这三个公式分别是d w 、d u 和d u 加dw 的判断公式

在这个公式当中

大家需要认识一下每一个变量的含义

首先是dw ，指的是地下水位

du 则表示上覆非液化土层的厚度

db 则是基础的埋置深度

d0是液化土的特征深度

对于d0，可以按照这个表格给出来的值

根据饱和土的类别

粉土或者砂土，根据烈度七度、八度、九度来选择合理的d0

选择好了以后

我们就可以根据这三个公式

依次进行判断

这里需要注意的是

这三个公式并不是同时满足

而是满足其中一个条件的时候

就可以认为这个土是不液化土

或者是不考虑液化的影响

所以，这三个公式非常重要

希望同学们能够牢牢记住

接下来，如果不满足初步判别条件的时候

地基土可能存在液化

我们就需要采用标准贯入试验的方法来进行进一步的判定

其是否液化

这就意味着前面我们的初步判别实际上就是一个初选

也就是初步的判断

接下来，我们就需要对有疑似液化的进行进一步的判断

标准贯入试验，下面这几幅图都是标准贯入试验的一些图片

左下角这两幅图是标准贯入器，中间这一幅示意图

是标准贯入试验的一个装置图

右侧则是在具体工程中进行标准贯入试验的场景

在进行标准贯入试验的时候

通常是将

穿心锤提高至七十六厘米

让它自由下落

将标准贯入器打入土层当中三十厘米

这个锤击数就作为试验结果

用N63.5来表述

N63.5能够表示土层的什么性质呢？

实际上这个锤击数可以表征土层的密实程度

也可以表征土层的承载力等等

因此，我们就可以利用锤击数来描述饱和粉土或饱和砂土的密实程度

当地面二十米深度范围之内

土的实测标准贯入锤击数N63.5小于

下式所确定的下限值Ncr 的时候

我就可以判断为液化土

否则就是不液化土

实际上我们就是按照下面这个公式

Ncr 的公式

确定出来一个临界值

这个值就是标准贯入锤击数的临界值

当实际的N63.5小于这个临界值的时候

就意味着砂土就会产生液化

否则就是不液化

下面具体了解一下这个下限值Ncr，Ncr

与多个因素有关，在这个公式当中

N0是液化判别标准贯入锤击数的基准值

这个基准值需要同学们根据设计的地震加速度

来选取合适的锤击数的基准值

其他因素包括了土层所在的位置

地下水位的深度、饱和

土的黏粒含量以及地震烈度

这个几个因素

这些因素都是前面我们所说的

可能会影响地基土液化的一些因素

接下来我们介绍一下地基土液化的评价

前面我们进行的地基土液化的判别

实际上是进行的一个点

进行一个点的判断

也就是说我们对地基土当中取一个点

然后判断这个点是否液化

对于整个的土层是否是液化土层

就需要进行地基土的液化评价

这种液化评价是通过地基的液化指数来进行定量的分析，来评价液化土可能遭受的危害程度

地基土的液化指数

大家可以看到这个公式

液化指数，我们按照这个公式就可以计算出来

地基土的液化指数当中

有几个相关的变量

Ni 指的是i 点标准贯入锤击数的实测值

Ncri 是i点标准锤击数的临界值

n 是判别深度范围内的试验点数

di 表示i点代表的土层厚度

Wi 则是i土层单位土层厚度的层位影响权函数值

根据这个公式

我们就可以对整个土层

的液化指数进行一个计算

然后根据这个液化指数

对地基土的液化进行一个评价

根据液化指数的大小

我们可以将地基的液化等级分为轻微、中等和严重三个级别

采用这三个级别判断的时候

我们需要根据这个表所示的范围来进行

判断，对于轻微来说

液化指数是在零到六之间

中等是六到十八之间

严重是超过十八

我们可以根据

液化指数将地基的液化等级进行划分

地基的不同液化等级

它的后果是不一样的

也就是说对于地面的喷砂冒水的情况

以及对建筑物造成的危害是不同的

这里有一个表格详细的描述了液化等级与地面喷砂冒水的情况

以及对建筑物的危害情况的

相关性

在这里

我们可以详细的看一下这个表格

以中等液化为例

当地基土的液化等级为中等时

其地面喷砂冒水的可能性较大

从轻微到严重均有多属于中等

而对于建筑物的危害情况则是危害性较大

可造成不均匀的沉陷和开裂

有的时候不均匀的沉陷能够达到二百毫米

对于其他的等级

比如说轻微或严重

地面喷砂冒水和建筑物的危害程情况

大家可以从这个表格当中

自行查阅

接下来我们介绍抗震液化的措施

对于地基土可能产生的液化

我们需要采取不同的措施

来保证建筑物的安全

在选择抗震液化措施的时候

我们需要根据建筑物的抗震设防类别

地基液化等级的不同

针对不同的情况

采取不同层次的措施

在这里

这里给出一个表格

描述了不同层次的措施

大家看一下这个表格

首先，左侧一列是建筑抗震设防的类别

分别是乙类、丙类和丁类建筑

另外我们需要根据地基的液化等级

轻微、中等和严重来采取不同层次的措施

大家特别需要注意这个表格当中不同层次的措施

表格当中用红色字体描述了部分消除

全部消除以及上部结构的措施等等

这是三个不同层次的措施

我们具体认识一下

以乙类建筑为例

当地基的液化等级为轻微时

我们需要部分消除液化沉陷

或者是对基础和上部结构进行处理

当液化等级为中等时

需要消除全部的液化沉陷

或者是部分消除液化沉陷

且对基础和上部结构进行处理

如果地基液化等级为严重时

需要全部消除液化沉陷

我们需要根据建筑物抗震设防的类别和地基的液化等级来选择合理的措施

接下来，我们认识一下这三种不同的措施到底包括哪些内容

首先看一下全部消除地基液化的这些措施

采用桩基的时候

要求桩端深入液化深度以下稳定土层当中的长度

应按计算确定

且对碎石土砾石土粗中砂、坚硬的粘性

土和密实的粉土上不应小于零点八米

对于其他的非岩石土

尚不宜小于一点五米

当采用深基础的时候

基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层当中的

深度不应小于零点五米

当采用非液化土来替换全部液化土层

或者是上覆非液化土层的厚度

这个措施

只有对

液化土层厚度比较薄的时候

我们才会采取这种措施

当液化土层比较厚的时候

我们可以采用加密的方法

例如采用振冲法

振冲加密

紧密碎石桩和强夯等方法进行加固

加固时我们应处理至液化深度的下界，振冲或挤密碎石桩加固后

桩间土的标准贯入锤击数的值不宜小于规范规定的液化判别标准贯入锤击数的临界值

采用加密法或换填土处理时

在基础边缘以外的处理范围应超过基础底面以下处理深度的二分之一

且不应小于基础宽度的五分之一

这些都是全部消除地基液化的常用的一些措施

接下来我们了解一下部分消除地基液化沉陷的一些措施

首先，处理深度应使处理后的地基液化指数减小

其值不宜大于五

如果采用大面积的筏基

箱基的中心区域

处理后的液化指数可比上述规定降低1

对于独立基础和条形基础，尚不应小于基础底面液化土的特征深度和基础宽度的较大值

当采用振冲或挤密碎石桩加固后

桩间土的标准贯入击数不宜小于规范规定的液化判别

标准贯入锤击数的临界值

处理的范围在基础边缘以外的宽度应超过基础底面以下

处理深度的二分之一

且不小于基础宽度的五分之一

这个规定

处理范围实际上和全部消除的措施是一样的

采取减小液化震陷的其他措施

如增加非液化土层的厚度

或者是改善周边的排水条件等等

这也是属于部分消除地基液化沉陷的一些措施

接下来是减轻液化影响的基础和上部结构的处理措施

可综合采取以下各项措施

例如

选择合适的基础埋置深度调整基础的底面积

减少基础的偏心

加强基础的整体刚度和整体性

如采用

箱基、筏基或者是钢筋混凝土的交叉条形基础、加设基础的圈梁等等

这些措施都是加强基础的整体性和刚度的一些措施

另外我们还可以减轻建筑物的荷载

增加上部结构的整体刚度和均匀对称性

合理的设置沉降缝

避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等等

当采用管道穿越建筑物的时候

应预留足够的尺寸或采用一些柔性的接头等等这些措施

都是减轻液化影响的基础和上部结构的措施

这些都是三种不同层次的措施

全部消除液化沉陷的影响

部分消除液化沉陷的影响以及

减轻液化影响的基础和上部结构的措施就给大家介绍完了

这些措施比较多

希望同学们课下以后能够认真的再去阅读一下

最后对本节的内容进行简单小结

在本节课当中

我们共同学习了地基液化的概念机理、危害以及影响的因素

同时也讲述了地基土液化的初步判别标准贯入试验的判别方法

最后确定了地基土的液化等级以及对应的抗液化的措施

本节课就到这里

谢谢