对于地面结构的抗震来说,场地地基的重要性是不言而喻的。因为地面结构建在地基上面,地震使地基不能保持稳定(如砂土液化、滑坡等),直接危及地面结构的安全。同时,地面结构物的振动性状也取决于地基对地震能量的传递。所以,地面结构的地震破坏,除了结构本身的原因外,总可以从地基方面找到解释。
地下结构完全处于周围土壤的包围之中,一方面,地下结构的受力变形受到周围土壤变位的影响;另一方面,土壤对地下结构的变形起着约束和限制的作用。地下结构在地震期间的变形就是在这种复杂微妙的条件下进行的。所以,谈到地下结构的抗震时,不能不谈到场地地基的作用。
地区烈度通常是对较大范围中等土壤条件规定的一种平均烈度。场地烈度是根据局部场地地基土壤的好坏,对地区烈度所作的修正。或降低一度或提高一度。结构物的计算烈度就是按场地烈度来考虑的。
地面振动和近地表面的地层运动,是地震的基岩或“类岩”层(也称下卧层)的剪切波向上传播的结果,因此,了解地震时基岩或“类岩”层产生的振动因素(地震持续时间,加速度卓越周期,加速度峰值)是一个重要方面。遗憾的是,目前还没有取得这方面的任何仪器记录。表层土壤的性质和深度对于埋在其中的地下结构有重要影响,这表现在:第一,基岩或“类岩”层处的地震运动,经过表层土壤(软土)的传播,会产生放大的效果。第二,改变结构的周期、振动等动力特性。第三,振动能量的一部分由于表层土壤的材料阻尼和辐射阻尼而散失。如拉加斯地震(1967年)和马尼拉地震(1967年和1970年)一再证实,软土会增大地震作用的强度。软土地基中,地震波的波速小,卓越周期长。表层土壤越厚,卓越周期越长。近地面的运动加速度、速度和土壤应变都会加大。1985年,墨西哥市遭到超乎预料的大震灾,软地基是酿成严重灾害的最大原因。对于软土中地下结构的抗震设计来说,应引起足够重视。
地基土一般是由土颗粒所构成的土骨架和孔隙中的水及空气组成的。在动荷载作用下,土颗粒趋向新的较稳定的位置移动,土体因而产生变形。对于饱和土,当土骨架变形,孔隙减小时,其中多余的水被挤出。对于非饱和土,先是孔隙间的气体被压缩,随后是多余的气体和孔隙水被挤出。由于固体骨架与孔隙水之间的摩擦,使得孔隙水和气体的排出受到阻碍,从而使变形延迟,故土的应力变化及变形均是时间的函数。土不仅具有弹塑性的特点,而且还有黏性的特点,可将土视为具有弹性、塑性和黏滞性的黏弹塑性体。
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