教案及讲义建筑结构抗震第四讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第四讲 河北联合大学建筑工程学院
教案4课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程第二章场地地基和基础2.3地基土液化及其防治授课内容知识了解地基主液化士的概念以及抗液化措施：了解软主地基抗震验算教目标学能力理解抗震概念设计的基本内容和要求，培养学生防震减灾的意识目目标标德育培养学生结合新疆地质情况实际的学风目标重点地基土液化的判别教材了解地基土液化土的概念；难点分②了解软土地基抗震措施析关键抗液化措施教学设备多媒体教学课件通过液化土概念理解，提出如何判断液化土的方法及步骤，最后确定地基土液化教教法等级各类场地了解新疆有哪些地区是容易产生液化和属于粘性土地区。学方学法紧扣概念一→强调方法的运用→总结→思考法教学环节教学内容时间教师调控学生活动组织教学点名2'师生问好1、以复习场地知识导入本次课内容。导入新课教师提问，学生思考，52、场地类别的分类、地基及基础抗震承载力验算原则？1、强调地基土液化的原因：教师边讲边启发边归纳边强2、讲述地基土液化的判别及液化等级新授38"调。提出问题，让学生回答，3、讲述地基土抗液化措施：之后给出正确答案。4、总结该节课的教学内容。课堂练习3'给出思考题、判断题分别让学生回答。重申地基土的液化等级；1、课后小结8'2、强调按抗震类别、地基的液化等级分学生总结→教师归纳别采取不同的抗液化措施。1、什么是土的液化现象？怎样判断土作业做到作业本上的液化？确定土的液化严重程度？作业简述抗液化的措施。3"2、在软弱粘性土地基上的建筑物，应注意哪些问题？通过结合新疆南疆地区的实际教学，提高了学生学习的积教研室主任签字课堂评价极性，掌握了相关的基本知识，做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 4 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第二章 场地地基和基础 2.3 地基土液化及其防治 教 学 目 标 知识 目标 了解地基土液化土的概念以及抗液化措施；了解软土地基抗震验算 能力 目标 理解抗震概念设计的基本内容和要求，培养学生防震减灾的意识 德育 目标 培养学生结合新疆地质情况实际的学风 教 材 分 析 重点 地基土液化的判别 难点 ①了解地基土液化土的概念； ②了解软土地基抗震措施 关键 抗液化措施 教学设备 多媒体教学课件 教 学 方 法 教法 通过液化土概念理解，提出如何判断液化土的方法及步骤，最后确定地基土液化 等级各类场地 了解新疆有哪些地区是容易产生液化和属于粘性土地区。 学法 紧扣概念→强调方法的运用→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 点名 师生问好 2` 导入新课 1、以复习场地知识导入本次课内容。 2、场地类别的分类、地基及基础抗震承 载力验算原则？ 教师提问，学生思考， 5’ 新授 1、强调地基土液化的原因； 2、讲述地基土液化的判别及液化等级； 3、讲述地基土抗液化措施； 4、总结该节课的教学内容。 教师边讲边启发边归纳边强 调。提出问题，让学生回答， 之后给出正确答案。 38’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 3’ 课后小结 1、 重申地基土的液化等级； 2、 强调按抗震类别、地基的液化等级分 别采取不同的抗液化措施。 学生总结→教师归纳 8’ 作业 1、 什么是土的液化现象？怎样判断土 的液化？确定土的液化严重程度？ 简述抗液化的措施。 2、 在软弱粘性土地基上的建筑物，应注 意哪些问题？ 作业做到作业本上 3’ 课堂评价 通过结合新疆南疆地区的实际教学，提高了学生学习的积 极性，掌握了相关的基本知识，做到结合规范教学，达到 了教学目标要求，教学效果较好。 教研室主任签字
讲义42.3地基土液化及其防治2.3.1地基土液化及其危害饱和松散的砂土或粉土（不含黄土），地震时易发生液化现象，使地基承载力丧失或减弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为砂主液化或地基主液化。其产生的机理是：地震时，饱和砂土和粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移，颗粒结构趋于压密，颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压，因之使孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与土颗粒所受到的总的正压应力接近或相等时，土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒便形同“液体”一样处于悬浮状态，形成所谓液化现象。液化使土体的抗震强度丧失，引起地基不均匀沉陷并引发建筑物的破坏甚至倒塌。发生于1964年的美国阿拉斯加地震和日本新泻地震，都出现了因大面积砂士液化而造成的建筑物的严重破坏，从而，引起了人们对地基土液化及其防治问题的关切。在我国，1975年海城地震和1976年唐山地震也都发生了大面积的地基液化震害。我国学者在总结了国内外大量震害资料的基础上，经过长期研究，并经大量实践工作的校正，提出了较为系统而实用的液化判别及液化防治措施。2.3.2液化的判别地基土液化判别过程可以分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。1.初步判别饱和的砂土或粉土（不含黄土）当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响：（1）地质年代为第四纪晚更新世（Q）及其以前时且处于7度或8度区：（2）粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率p。（%）当烈度为7度、8度、9度时分别大于10、13、16时；（3）地下水位深度和上覆盖非液化土层厚度满足式（2-6）、（2-7）或（2-8）之一时：(2-6)d,>d.+d,-3d>d。+d,-2(2-7)(2-8)d,+d,>1.5d。+2d,-4.5式中d—地下水位深度（m），按建筑设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用：d，一一基础埋置深度（m），小于2m时应采用2m；d。——液化土特征深度，按表2-5采用。d，—上覆盖非液化土层厚度（m），计算时应注意将淤泥和淤泥质土层扣除
讲义 4 2.3 地基土液化及其防治 2.3.1 地基土液化及其危害 饱和松散的砂土或粉土（不含黄土），地震时易发生液化现象，使地基承载力丧失或减 弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。其产生的机理是：地震时， 饱和砂土和粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移，颗粒结构趋于压密，颗粒间孔隙水来不及 排泄而受到挤压，因之使孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与土颗粒所受到的总的 正压应力接近或相等时，土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒便形同“液体”一样处 于悬浮状态，形成所谓液化现象。 液化使土体的抗震强度丧失，引起地基不均匀沉陷并引发建筑物的破坏甚至倒塌。发生 于1964年的美国阿拉斯加地震和日本新泻地震，都出现了因大面积砂土液化而造成的建筑物 的严重破坏，从而，引起了人们对地基土液化及其防治问题的关切。在我国，1975年海城地 震和1976年唐山地震也都发生了大面积的地基液化震害。我国学者在总结了国内外大量震害 资料的基础上，经过长期研究，并经大量实践工作的校正，提出了较为系统而实用的液化判 别及液化防治措施。 2.3.2 液化的判别 地基土液化判别过程可以分为初步判别和标准贯入试验判别两大步骤。 1.初步判别 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不考虑 液化影响： （1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时且处于7度或8度区； （2）粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率 c p (%)当烈度为7度、8度、9 度时分别大于10、13、16时； （3）地下水位深度和上覆盖非液化土层厚度满足式（2-6）、（2-7）或（2-8）之一时； dw do + db − 3 （2-6） du do + db − 2 （2-7） du + dw 1.5do + 2db − 4.5 （2-8） 式中 d w —— 地下水位深度（m），按建筑设计基准期内年平均最高水位采用， 也 可按近期内年最高水位采用； b d —— 基础埋置深度（m），小于2m时应采用2m； o d ——液化土特征深度，按表2-5采用。 u d ——上覆盖非液化土层厚度（m），计算时应注意将淤泥和淤泥质土层 扣除
表 2-5液化土特征深度（m）烈度饱和土类别78978粉土679砂土82.标准贯入试验判别当上述所有条件均不能满足时，地基土存在液化可能。此时，应采用标准贯入试验进一步判别其是否液化。标准贯入试验设备由穿心锤（标准重量63.5Kg）、触探杆、贯入器等组成（图2-3）。试验时，先用钻具钻至试验主层标高以上15cm，再将标准贯入器打至试验主层标高位置，然后，在锤的落距为76cm的条件下，连续打入土层30cm，记录所得锤击数为N3.5。当地面下15m深度范围土的实测标准贯入锤击数Ngs.5小于按式（2-9）确定的下限值N.时，则应判为液化土，否则为不液化土。@2LOTM?￥?欢?01件2$35[4]51十+图2-3标准贯入试验设备示意图①穿心锤：②锤垫：③触探杆④贯入器头：③出水孔：③贯入器身；①贯入器靴N。=N[0.9+0.1(d,-d.)//3/p。(d,≤15)(2-9)式中N一液化判别标准贯入锤击数下限值；N。—液化判别标准锤击数基准值，按表2-6采用：
表 2-5 液化土特征深度（m） 饱和土类别 烈度 7 8 9 粉土 6 7 8 砂土 7 8 9 2.标准贯入试验判别 当上述所有条件均不能满足时，地基土存在液化可能。此时，应采用标准贯入试验进 一步判别其是否液化。 标准贯入试验设备由穿心锤（标准重量63.5Kg）、触探杆、贯入器等组成（图2-3）。试 验时，先用钻具钻至试验土层标高以上15cm，再将标准贯入器打至试验土层标高位置，然后， 在锤的落距为76cm的条件下，连续打入土层30cm，记录所得锤击数为N63.5。 当地面下15m深度范围土的实测标准贯入锤击数N63.5小于按式（2-9）确定的下限值Ncr时， 则应判为液化土，否则为不液化土。 2 500 30 35 51 7 22 33 25 4 15 6 5 30 30 3 145 1 图2-3 标准贯入试验设备示意图 ①穿心锤；②锤垫；③触探杆； ④贯入器头；⑤出水孔；⑥贯入器身； ⑦贯入器靴 Ncr No ds dw 3 c = [0.9 + 0.1( − )] （ ds 15 ） (2-9) 式中 Ncr ——液化判别标准贯入锤击数下限值； N0 ——液化判别标准锤击数基准值，按表2-6采用；
d——饱和土标准贯入点深度（m)；P。——土体粘粒含量百分率，当P。(%)小于3或为砂土时，取P。=3。一般情况下，仅要判别地面下15m深度范围内土的液化可能性。而当采用桩基或埋深大于5m的深基础时，尚应判别15~20m范围内土的液化可能性。此时，标准贯入锤击数临界值为：Ner= N。(2.4-0.1d,)/3/pc(15<d,≤20)(2-10)表 2-6标准贯入锤击数基准值设计地震分组7度8度9度16第一组6 (8)10 (13)18第二、三组|8（10）12(15)注：括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g和0.3g的地区。从式（2-9）与式（2-10）可以看出，地基主液化的临界指标N的确定主要考虑了王层所处的深度、地下水位深度、饱和土的粘粒含量以及地震烈度等影响土层液化的要素。2.3.3液化地基的评价当经过上述两步判别证实地基土确实存在液化趋势后，应进一步定量分析、评价液化土可能造成的危害程度。这一工作，通常是通过计算地基液化指数来实现的。地基土的液化指数可按下式确定：I=2(-W1(2-11)=Nerii=l式中LE——液化指数；n一—在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数：N,,Ncri——分别为第i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时应取临界值的数值：d一一第i点所代表的土层厚度（m），可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；W—第i土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m")。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于15m时应采用零值，5~15m时应按线性内插法取值：若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于20m时应采用零值，5~20m时应按线性内插法取值。根据液化指数Ie的大小，可将液化地基划分为三个等级，见表2-7
s d ——饱和土标准贯入点深度（m）； c ——土体粘粒含量百分率，当 c (%)小于 3 或为砂土时，取 c ＝3。 一般情况下，仅要判别地面下 15m 深度范围内土的液化可能性。而当采用桩基或埋深大 于 5m 的深基础时，尚应判别 15~20m 范围内土的液化可能性。此时，标准贯入锤击数临界 值为： Ncr No 1ds 3 c = （2.4 − 0. ） （ 15 ds 20 ） （2-10） 表 2-6 标准贯入锤击数基准值 设计地震分组 7 度 8 度 9 度 第一组 6（8） 10（13） 16 第二、三组 8（10） 12（15） 18 注：括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g和0.3g的地区。 从式（2-9）与式（2-10）可以看出，地基土液化的临界指标 Ncr 的确定主要考虑了土 层所处的深度、地下水位深度、饱和土的粘粒含量以及地震烈度等影响土层液化的要素。 2.3.3 液化地基的评价 当经过上述两步判别证实地基土确实存在液化趋势后，应进一步定量分析、评价液化 土可能造成的危害程度。这一工作，通常是通过计算地基液化指数来实现的。 地基土的液化指数可按下式确定： 1 (1 ) n i lE i i i cri N I d W = N = − （2-11） 式中 lE I ——液化指数； n——在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数； Ni Ncri , ——分别为第 i 点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值 时应取临界值的数值； i d ——第 i 点所代表的土层厚度（m），可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两 标准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化 深度； Wi——第 i 土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为m -1）。若判别深度为15m， 当该层中点深度不大于5m时应采用10，等于15m时应采用零值，5~15m时应 按线性内插法取值；若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时应采用 10，等于20m时应采用零值，5~20m时应按线性内插法取值。 根据液化指数 lE I 的大小，可将液化地基划分为三个等级，见表2-7