几个基本概念
场 地 ——指建筑物所在地,在平面上大体相当于 厂区,居民点或自然 村的区域范围。
场地土 ——则是指场地范围内的地基土。
地 基 ——建筑基础下受力范围内的土层。
地震破坏作用
从破坏性质和工程对策角度,地震对结构的破坏作用可分为两种类型:场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。
场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。
场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。
ü 场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。
ü 这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。
场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。
ü 减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震设计和采取减震措施。
ü 为此,要确定工程场地的设计地震动参数。
不同场地条件下震害的启示
多次震害表明,即使在同一烈度区内,由于场地土质条件(软硬程度和厚度),建筑物的破坏程度有很大差异。
p 1923年日本关东大地震中,木结构房屋的破坏率明显随着冲积层厚度的增加而加重;
p 1967年委内瑞拉地震,同一地区不同覆盖层上的震害明显差异,9~12层的房屋在冲积层上的破坏率高;
p 1975年海城地震(7.3级),海城与营口砖烟囱的破坏率相当,而海城一般砖房的破坏率则比营口高得多。
p 1976年唐山地震时,市区西南部基岩深度达500~800m,房屋倒塌率近 100%,而市区东北部大城山一带,则因覆盖层较薄,多数厂房(如 422水泥厂、唐山钢厂、建筑陶瓷厂等)虽然也位于极震区,但房屋倒塌率仅为 50%。
场地及震中距影响的最典型实例——墨西哥地震
ü 1985.9.19 墨西哥地震,M=8.1,震源位于海底40km,墨西哥城距震中400km,严重的震害主要集中在高层建筑(包括一些钢结构房屋)和长周期结构,而低层砌体和填充墙框架的破坏较轻,这种特有的震害现象主要有两个原因:
p A. 远震地面运动的长周期特征。
p B. 城中心位于新近代沉积盆地(松、软、厚度大)
墨西哥城建在软而潮湿的古代湖床冲积层上,其卓越周期大约为2s。严重破坏的主要原因是场地土对基岩地震动的放大作用以及土层和结构的共振。受地震影响最严重的是在5—15层范围内的建筑物,它们的基本周期与场地上卓越周期接近,引起了比其他建筑物更强烈的共振。
ü 在1985年墨西哥地震中,距震中仅50英里(80km)的海岸城市比墨西哥城的损坏还要轻,而墨西哥城距震中约有400km。这是因为海岸地区是由岩石构成的,它的振动比建造墨西哥城的冲积湖床的振动轻微。虽然由震中传到墨西哥城的地震波是减弱了,但是该城市的地基又把它们放大了。
下图将1985年墨西哥地震中岩层上和湖泊沉积层中层的相邻点处记录到的加速度作了对比。墨城距离震中大约400km。基岩峰值加速度为0.03g左右。由于老湖泊基床沉积层呈弹性性能使得这些峰值加速度增大了5倍,并引起在2~3s区内具有大部分能量的地面运动的加强。结果,固有周期属于这一区域的建筑容易产生强烈反应,引起大量破坏。
ü 以上震害规律,可以发现在同一地震和同一震中距离时,软弱地基与坚硬地基相比有以下特点:
地基土的振动特征:
p 软弱地基:地面自振周期长,振幅大(放大)、振动持时长,震害较重(但并不绝对)。
p 坚硬地基:地面自振周期较短,振幅小、振动持时短,震害一般较轻(但并不绝对)——一些短周期结构,比如砖砌体结构可能破坏较重。
对地基稳定的影响:
p 软弱地基土在振动情况下容易产生不稳定状态和不均匀沉降(陷),甚至会发生液化、滑动、开裂等严重现象、而坚硬地基则没有这种危险。
此外,震害调查还表明:
p 在软弱地基上,柔性结构最容易遭到破坏,刚性结构则表现较好,这时有的破坏是由于结构破坏所产生(放大),而有的破坏则是由于地基破坏所产生(不稳定);
p 在坚硬地基上,柔性结构一般表现较好,而刚性结构有的表现较差,有的又表现较好。建筑物的破坏通常是因结构破坏所产生的。
p 总的破坏现象来看,在软弱地基上的破坏要比坚硬地基上的严重,并且场地上土层剖面的组成不同,建筑物的震害也不相同。例如唐山地震时,天津某区地表下10m左右处有低剪切波速的淤泥质亚粘土夹层,与地质条件大体相同的区域相比,其震害就轻得多。
建筑地段的选择
工程地质条件对地震破坏的影响很大。
常有地震烈度异常现象,即“重灾区里有轻灾,轻灾区里由重灾”
产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。
地段划分
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 |
不利地段 | 软弱土,液化土,条状突出的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,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(如故河道、疏松的断破裂带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基)等 |
危险地段 | 地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位 |
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土壤滑动。冲积地的土质松软,地震时容易塌陷,如果此处有地下水层,还容易发生液化。
用另外的土石來填补地基,常有土壤密实度不足情形,导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷
地段选择包括:
选择有利地段;
避开不利地段,当无法避开时,应采取适当的抗震措施;
不在危险地段建设。
建筑场地的类别划分
建筑场地指建筑所在地。大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围。
建筑场地按地震对建筑的影响划分为4类。
建筑场地分类的指标是以场地土的类型和覆盖层的厚度。
ü 场地土层的固有周期与场地的地震效应:
p 场地土对于从基岩传来的地震波具有放大作用。
p 坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。
ü 建筑场地的类别:
场地土的类型
各类建筑场地的覆盖层厚度(m)
ü 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的土层顶面;
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倍的下卧土层,且下卧
土层的剪切波速不小于400m/s时,可按地面至该下卧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。
ü 土层的等效剪切波速