06第六讲断裂工程抗震评价Word格式文档下载.docx
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3关于隐伏发震断裂上覆土层厚度对地面建筑影响问题
自从抗震设计规范提出发震断裂的概念后，在地震及地质界曾提出凡是活动断裂均可能发生地震。
经过不断交流协商，工程中的发震断裂主要为可能产生M≥5级以上的地震断裂这种看法取得了一致，岩土工程勘察规范也给出明确定义，但对活动断裂来讲有一个什么时间活动过，工程上才需考虑的问题。
经过不断深入研究交流看法，在活动断裂时间下限方面已取得了一致意见：
即对一般工业与民用建筑只考虑1.0万年（全新世）以来活动过的断裂，在此地质期以前活动过的断裂可不予考虑，对于核电，水电等工程则考虑10万年以来（晚更新世）活动过的断裂，晚更新世以前活动过的断裂亦不予考虑。
目前尚有分歧的看法是关于隐伏发震断裂的评价问题，在基岩以上覆盖土层多厚？
是什么土层？
地面建筑就可不考虑下部断裂的错动影响。
根据我国近年来地震宏观地表地裂考察，各学者看法不够一致。
有人认为30m厚土层就可以不考虑对地面建筑影响，有些学者认为是50m，还有人提出用基岩位错量大小来衡量，如：
土层厚度是基岩位错量的25~30倍以上就可以不考虑等等。
唐山地震震中区的地裂经建设部综合勘察研究设计院详细工作后证明这些地裂不是与地下岩石错动的发震断裂直接相关的直通地表的构造地裂，而是由于地面振动，地面应力形成的表层地裂，仅分布在地面以下3.0m左右的范围，下部土层并未断错（挖探井证实）。
在采煤巷道中也未发现断错。
对有一定埋深的正规建筑地裂缝不是绕开就是中断，对建筑本身没什么影响。
另据中国地震局地质研究蒋溥研究员对覆盖层厚度对断错地表形变影响的研究结果，如下表：
覆盖层厚——断错形变影响指数表
覆盖层厚度（m）
20
20-50
>
50
M≥7.5
1.0
0.6
0.3
0.1
7.5>
M>
5.5
M<
鉴于上述种种看法，在缺乏实际地震现场可靠资料的情况下，为了对此问题做进一步深入研究，由北京市勘察设计研究院在建设部抗震办申请立项，对发震断裂上覆土层厚度对工程影响做了专项研究。
本次研究主要采用大型土工离心机模拟实验。
此实验主要优点是可以将缩小的模型通过提高加速度的办法达到与原型应力状况相等的状态。
这是其它模拟实验（如振动台试验方法等）所解决不了的，为了模拟断裂错动专门加工了模拟断裂突然错动装置，可进行垂直与水平二种错动，其位错量大小是根据国内外历次地震不同震级条件下，位错量统计分析结果确定的。
根据邓起东（1992）；
蒋溥（1993）和WellsD.L.K.J.coppersmith（1994）等人整理的世界和中国的地震地表位错资料情况，国外共112次地震资料，国内共49次地震资料。
国外地震断裂地表位移与震级资料
第六讲表3.1
震级
平均位移量（m）
平均值（m）
M=6.0-6.9
0.90
3.50
1.00
0.30
0.25
0.45
2.10
0.50
0.10
0.15
0.20
0.18
0.54
1.20
0.68
1.50
0.67
0.48
0.08
1.10
0.64
0.60
0.03
0.11
1.70
0.23
0.63
0.93
2.00
0.80
M=7.0-7.9
1.90
2.59
3.30
3.00
1.35
2.90
4.60
1.85
0.66
0.57
1.80
2.16
2.80
0.55
6.45
6.60
2.14
1.30
1.63
0.52
2.30
0.86
2.60
2.05
1.54
0.95
6.20
2.95
注：
小于6级和大于8级地震未参加统计
国内地震断裂地表位移与震级资料
第六讲表3.2
震级
位移量（m）
水平
2.40
0.24
1.66
垂直
0.76
0.40
水
平
2.50
7.40
10.50
5.50
7.00
8.00
3.90
7.50
5.00
2.70
3.60
1.53
2.20
垂
直
4.00
5.60
2.75
2.09
5.25
0.70
大于8级地震未参加统计
按上述统计结果实验时的位错量定为1.0-4.0m，基本上包括了8°
、9°
情况下的位错量。
上覆土层按下不同岩性，不同厚度分数种情况，通过离心机提高加速度，当达到与原型应力条件相同时，下部突然错动，观察上部土层破裂高度，以便确定安全厚度。
从现有实验结果看，垂直位错比水平位错时的破裂高度大，当下部基盘位错量为1.0～3.0m时其上覆土层最大破裂高度约20m，当下部基盘位错量达到4.0～4.5m时其上覆土层破裂最大高度为30m。
按照土工试验一般常规取值方法并考虑地震动的影响综合考虑安全系数取为3。
据此提出了8°
时上覆土层安全厚度界限值分别为60m、90m。
应当说这个结果是初步的，可能有些因素尚未考虑，也可能安全系数偏大，但毕竟是第一次有模拟实验为基础的定量提法，与以往的宏观经验和有关的理论计算均很接近，可以说有一定的可信度。
对于特殊地震地质条件下的特殊工程尚可召开专家论证会加以确定。
4关于避让距离问题
地震时发震断裂在地表形成的地裂带宽度大小，既受到震级的影响，亦受到滑动类型、地形地貌、沉积物沉积环境特点的影响。
一般震级愈大，形成的地裂带宽度愈大，倾滑型比走滑型影响宽度要大，平原地区比基岩出露区要大。
地震地表地裂展布常具有雁列、平行、共轭和不规则等形式，可以分布在有一个相当宽的条带范围内，除了有一个相对位移大，延伸长的主地裂外，在其两侧常分布有一些位移相对较小，延伸相对较短的分支或次级地裂。
走滑型断裂基本上沿原有断裂迹线出现或在较小的宽度范围内移动，正断裂除有一主地裂带外，在其上盘一定宽度范围内一般发育有众多的次级地裂。
就目前资料来看，我国地震断裂多为走滑型，新产生的地震地表地裂主要分布在原有发震断裂带附近，分布宽度较小。
根据蒋溥等人对中国断错形变最大宽度资料的统计分析，给出断错形变最大宽度概率指数如下：
第六讲表4.1
断错形变宽度（m）
概率指数
小于100
0．5
100~300
0．4
300~500
0．2
大于500
0．05
从地震地表地裂对建筑影响的近期研究成果认为，真正对建筑物影响较大的是与发震断裂直接相关的直通地表的较窄的地裂，其外围与发震断裂间接相关的各种应力造成的地裂一般对正规建筑影响不大。
综合上述情况后提出避让主断裂带的距离：
8°
时乙类建筑为300m，丙类建筑为200m，9°
时乙类建筑为500m，丙类建筑为300m，甲类建筑应专门研究。
应该说明的是这是在统计意义上对一般情况而言的，在这个距离以外影响较小，但不是保证100%的绝对安全的距离。
对特殊情况的建筑尚可请有经验的专家进行论证，确定适宜的避让距离。
在综合上述三方面研究成果后，本次修订规范中在第四章中增加了4.1.7条。
4.1.7场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：
1对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：
1）抗震设防烈度小于8度；
2）非全新世活动断裂；
3）抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分
别大于60m、90m。
2对不符合本条1款规定的情况，应避开主断裂带，其避让距离不宜小于表4.1.7对发震断裂最小避浪距离的规定。
发震断裂的最小避浪距离（m）表4.1.7
烈度
建筑抗震设防类别
甲
乙
丙
丁
8
专门研究
300m
200m
—
9
500m
二、关于地基液化判别修订情况
《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）颁发后，在执行过程中，关于饱和砂土、粉土液化判别方面，曾有些单位和学者对于初步判别中的第1款提出一些不同看法。
另外随着基础埋置深度不断加深，普遍要求液化判别的深度应增加。
现将这二方面问题在本次修订中的考虑与修订意见简介如下。
1关于初步判别第1款
《建筑抗震设计规范》（BGJ11-89）颁发后，在执行中不断有些单位和学者提出液化初步判别中第1款在有些地区不适合。
从举出实例来看多为高烈度区（10°
以上）黄土高原的黄土状土，很多是在古地震考察中从描述等方面判定液化的，没有地震液化与否的实际数据，仅有些例子是用现行公式判别的结果。
规范中初判的提法是根据解放后历次地震对液化区与非液化区实际考察、测试分析后得出来的。
从地貌单元来讲这些地震现场主要为河流冲洪积形成的地层，没有包括黄土分布区及其它沉积类型。
如唐山地震震中区（路北区）为滦河二级阶地，地层年代为晚更新世（Q3）地层，地震烈度10°
，震后考察、钻探测试表明，地下水位为3-4m，表层为3.0m左右的粘性土，其下即为饱和砂层，在10°
情况下没有发生液化，而在一级阶地及高河漫滩等地分布的地质年代较新的Q4地层，地震烈度虽为7°
、8°
，却发生了大面积液化。
国内其它震区的河流冲积地层在地质年代较老的Q3地层中也未发现液化实例。
国外YOUD和Perkins的研究结果表明：
饱和松散的水力冲填土差不多总会液化，而且全新世的无粘性土沉积层对液化也是很敏感的，更新世沉积层发生液化的较为罕见，而前更新世沉积层发生液化是非常罕见的。
这些结论是根据1975年以前世界范围的地震液化资料得出的，并已被1978年日本的两次大地震以及1977年罗马尼亚地震液化现象所证实。
根据上述诸多地震液化资料，本次修订中将此条改为：
地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7度.8度时可判别为不液化。
2液化判别深度问题
《建筑抗震设计规范》（BGJ11-89）关于地基液化判别方法，在地震区工程项目地基勘察中已广泛应用。
但随着高层及超高层建筑的不断出现，基础埋深15m已不能满足工程需要，深层液化判别问题已提到日程上来。
由于15m以下深层液化资料少，从实际液化与非液化资料中进行统计分析尚不具备条件。
我国觖放后历次地震中，尤其是唐山地震液化资料均在15m以上。
国外虽有零星深层液化资料，但不太确切。
根据唐山地震资料及美国H.B.Seed教授资料分析结果，其液化与非液化临界值沿深度变化均为非线性变化，铁路抗震设计规范判别砂土液化方法也是采用非线性的判别式。
《建筑抗震设计规范》考虑到规范判别方法的延续性，及广大工程技术人员的熟悉程度，在颁发89规范时经修正后仍采用线性判别方法。
本公式在15m深度以上与其它方法很接近，但延伸至20m时，就显得保守，本次修订中参考铁路抗震规范及H.B.Seed方法，仍采用线性判别式，在15~20m深度范围内按15m深度的Ncr值进行判别，这样处理与非线性判别方法较为接近。
今后待有足够资料后再行统计分析。
三种方法沿深度变化比较见下
图。
（第六讲图2.1）
根据审查会意见，液化判别深度应根据建筑物等级、地基类型及基础埋深等不同情况应有所区别，不宜一律要求判别深度为20m。
在上述各方面综合分析后，确定本次规范4.3.4条为：
4.3.4当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下15m深度范围内的液化；
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。
当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。
当有成熟经验时，尚可采用其它判别方法。
第六讲图2.1液化临界值随深度变化比较（以八度区为例）
在地面下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
（4.3.4-1）
在地面下15~20m范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：
（4.3.4-2）
式中——液化判别标准贯入锤击数临界值；
——液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表4.3.4采用；
——饱和土标准贯入点深度（m）;
——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。
标准贯入锤击数基准值表4.3.4
设计特征周期分区
7度
8度
9度
一区
6（8）
10（13）
16
二、三区
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0.30g的地区。
三、地形影响评价
1关于局部地形条件的影响，从国内几次大地震的宏观调查资料来看，岩质地形与非岩质地形有所不同。
在云南通海地震的大量宏观调查中，表明非岩质地形对烈度的影响比岩质地形的影响更为明显。
如通海和东川的许多岩石地基上很陡的山坡，震害也末见有明显的加重。
但对于岩石地基的高度达数十米的条状突出的山脊和高耸弧立的山丘，由于鞭端效应明显，振动有所加大，烈度仍有增高的趋势。
应该指出：
有些资料中曾提出过有利和不利于抗震的地貌部位。
本规范在编制过程中曾对抗震不利的地貌部位实例进行了分析，认为：
地貌是研究不同地表形态形成的原因，其中包括组成不同地形的物质（即岩性）。
也就是说地貌部位的影响意味着地表形态和岩性二者共同作用的结果，将场地土的影响包括进去了。
但通过一些震害实例说明：
当处于平坦的冲积平原和古河道不同地貌部位时，地表形态是基本相同的，造成古河道上房屋震害加重的原因主要因地基土质条件很差所致。
因此本规范将地貌条件分别在地形条件与场地土中加以考虑，不再提出地貌部位这个概念。
2本次规范修订中增加了4.1.8当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。
其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于1.6。
这一条主要考虑局部突出地形对地震动参数的放大作用，主要依据宏观震害调查的结果和对不同地形条件和岩土构成的形体所进行的二维地震反应分析结果。
所谓局部突出地形主要是指山包、山梁和悬崖、陡坎等，情况比较复杂，对各种可能出现的情况的地震动参数的放大作用都做出具体的规定是很困难的。
从宏观震害经验和地震反应分析结果所反映的总的趋势大致可以归纳为以下几点：
1.在高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈强烈，2.离陡坎和边顶部边缘的距离愈大反应相对减小。
3.从岩土构成方面看，在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大，4.高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应是明显减小的，5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。
基于以上变化趋势，以突出地形的高度H，坡降角度的正切H/L以及场址距突出地形边缘的相对距离B/H为参数，对各种地形的地震力放大作用可按公式（第六讲式2.1）和第六讲表（2.1）进行调整。
（2.1）
式中
—局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数；
—局部突出地形地震动参数的增大幅度，可按表2.1采用。
—附和调整系数，与建筑场地离突出台地边缘的距离B与相对高差H的
比值有关。
当B/H<
2.5时，ξ可取为1.0；
当2.5≤B/H<
5时，ξ可取
为0.6；
当B/H≥5时，ξ可取为0.3。
局部突出地形地震动参数的增大幅度
第六讲表2.1
突出地形的高度H（m）
非岩质地层
H<
5
5≤H<
15
15≤H<
25
H≥25
岩质地层
20≤H<
40
40≤H<
60
H≥60
局部突出台地边缘的侧向平均坡降H/L
H/L<
0.2
0.3≤H/L<
0.4
0.6≤H/L<
0.5
H/L≥1.0
最大调整幅度1.6是根据分析结果和综合判断给出的。
在应用公式（2.1）和表（2.1）时，B、L，均应按距离场地的最近点考虑。
这样一来，本条的规定对各种地形，包括山包、山梁、悬崖、陡坡都可以应用。
四、桩基设计
本章是在与构筑物抗震设计规范和桩基规范充分与协调后，并吸收了部分构筑物抗震设计规范条文，新增加了桩基抗震验算的原则与方法和桩身的配筋的要求。
1.非液化土中低承台桩基的抗震验算。
本次规范修订中增加了4.4.2条。
4.4.2非液化土中低承台桩基的抗震验算，应符合下列规定：
1单桩的竖向和水平向抗震承载力特征值，可均比非抗震设计时提高25%。
2当承台侧面的回填土夯实至干密度不小于《建筑地基基础设计规范》对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用；
但不应计入承台底面与地基土间的摩擦力。
本条规定主要根据下面情况综合考虑确定的：
1）关于单桩抗震承载力提高的数值，与构筑物规范和桩基规范二者基本协调。
2）本条未能提及地坪的抗水平力作用。
当有必要考虑时可参阅有关规范。
事实上地坪的抗水平力作用现已为多方面材料所证实，如铁路抗震规范中承认中小型桥台如有满河床的砌石铺砌则可防止桥台向河心滑移，桩基规范中认为地坪可以抗水平力；
唐山地震中有多例厂房柱子在地坪上剪坏，说明地坪起了侧向支点的作用；
构筑物抗震规范及冶金部抗震规范均有利用地坪抗力抵抗水平地震作用的条款。
有的条款规定基础旁的土抗力可取1/3被动土压力，这种考虑是经验性的。
3）关于地下室外墙侧的被动土压与桩共同承担地震水平力问题，我国这方面的情况比较混乱，因无有关规定可遵循，多凭设计者的认识自由处理。
大致有以下做法：
假定由桩承担全部地震水平力；
假定由地下室外的土承担全部水平力；
由桩、土分担水平力（或由经验公式求出分担比，或用m法求土抗力或由有限元法计算）。
目前看来，桩完全不承担地震水平力的假定偏于不安全，因为从日本的资料来看，桩基的震害是相当多的，因此这种做法不宜采用；
由桩承受全部地震力的假定又过于保守。
公式4.4.2是参考日本1984年发布的“建筑基础抗震设计规程”提出的。
其主要根据是对地上3~10层、地下1~4层平面14×
14m的塔楼所作的一系列试算结果。
在这些计算中假定抗地震水平的因素有桩、前方的被动土抗力，侧面土的磨擦力三部分。
土性质为标贯值N=10~20，q（单轴压强）为0.5~1.0kg/cm2（粘土）。
土的磨擦力与水平位移成以下弹塑性关系；
位移≤1cm时抗力呈线性变化，当位移>
1cm时抗力保持不变。
被动土抗力最大值取朗金被动土压，达到最大值之前土抗力与水平位移呈成线性关系。
由于背景材料只包括高度45m以下的建筑，对45m以上的建筑没有相应的计算资料。
但从计算结果的发展趋势推断，对更高的建筑其α值估计不超过0.9，因而本条规定桩负担的地震力应在（0.3~0.9）VD之间取值。
4）关于不计桩基承台底面与土的摩阻力为抗地震水平力的组成部分问题；
主要是因为这部分摩阻力不可靠：
软弱粘性土有震陷问题，一般粘性土也可能因桩身摩擦力产生的桩间土在附加应力下的压缩使土与承台脱空；
欠固结土有固结下沉问题；
非液化的砂砾则有震密问题等。
实践中不乏有静载下桩台与土脱空的报导，地震情况下震后桩台与土脱空的报导也屡见不鲜。
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