二、案例分析题1. 有一建筑场地,地表以下0~3m为黏土层,3~18m为粉砂层,整个粉砂层在地震中可能产生液化,粉砂层的液化抵抗参数C
e=0.65,在工程中采用摩擦桩基础,桩身穿过整个粉砂层进入以下的非液化土层中,按《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)计算桩在整个粉砂层范围内桩侧阻力总的折减系数,其值与
最为接近。
A B C D
A
由C
e=0.65,查《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)中表2.2.4可得:
3~10m,折减系数为:a
1=1/3
10~18m,折减系数为:a
2=2/3
所以总的侧阻力折减系数:

有一独立基础,基底尺寸l×b=2.5m×2m,如图9-4所示,基础埋深1.5m,基础底面作用竖向力F=800kN,弯矩M=120kN·m,地震作用时,竖向拉力F1=55kN,水平力T=180kN,地基为黏性土,其e及IL均小于0.85,承载力特征值fak=210kPa,土的黏聚力c=10kPa,内摩擦角ψ=30。,重度γ=18.5kN/m3,图9-4基底与土之间摩擦系数μ=0.2。

试回答以下问题:2. 考虑地震力作用时,验算竖向承载力其验算式左右两端与下列( )最为接近。
- A.p=228.7kPa<faE=311.5kPa,pmax=324.7kPa<1.2faE=373.8kPa,不满足验算要求
- B.p=228.7kPa%<faE=311.5kPa,pmax=324.7kPa%<1.2faE=373.8kPa,满足验算要求
- C.p=228.7kPa%<faE=280.5kPa,pmax=324.7kPa<1.2faE=336.6kPa,满足验算要求
- D.p=228.7kPa<faE=280.5kPa,pmax=324.7kPa<1.2faE=336.6kPa,不满足验算要求
A B C D
B
①按《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)第5.2.4条,得经深宽修正后的地基承载力特征值(η
d值查此规范中表5.2.4为1.6):
f
a=f
ak+ηbγ(b-3)+γmη(d-0.5)
=210+0+18.5×1.6×1=239.6kPa
②地基抗震承载力:
f
aE=ζ
af
a 根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)中的表4.2.3,得地基土抗震承载力调整系数ζ=1.3
f
aE=1.3×239.6=311.5kPa
③验算竖向承载力:

偏心距

p
min=228.7-96>0
所以地震力作用时,基础底面压力满足要求,选B。
3. 验算基础抗水平滑移承载力时,其验算式左右两端与下列
最为接近。(基础正侧面土的水平抗力可采用被动土压力的1/3计算)
- A.229kN>H=180kN
- B.320kN>H=180kN
- C.172kN<H=180kN
- D.283kN>H=180kN
A B C D
A
基底竖向力为:
F-F
1+G=800-55+20×1.5×2.5×1.5=857.5kN
基底摩阻力为:857.5×0.2=171.5kN
基础正侧面土的水平抗力可采用被动土压力的1/3。

所以基础抗水平滑移承载力为:
171.5+57.2=228.7kN>H=180kN
条件和案例题11相同,若作用在桩箱基础上的结构总水平地震力F=14000kN,粉质黏土的地基水平抗力系数的比例系数m1=16000kN/m4,其重度γ=18.5kN/m3,rsat=19kN/m3,黏聚力c=0,内摩擦角ψ=30°,粉土m2=26000kN/m4,粉土黏粒小于0.005mm的颗粒含量为1.5%,在深度为8m处标贯试验击数N=12,群桩效应综合系数ηh=1.0,试问答下列问题:4. 群桩基础的复合基桩水平承载力设计值与
最为接近。
- A.48kN
- B.82kN
- C.97kN
- D.126kN
A B C D
C
①计算液化判别标准贯入击数临界值N
cr:

8度地震区,地震设计分组为第一组时N
0=10,因为d
s=8m,d
w=1.5m,ρ
c取3,
所以:
N
cr=10[0.9+0.1(8-1.5)]=15.5

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)第4.4.3条,对液化土层的水平抗刀应乘以折减系数,由0.6<0.77<0.8,d
s=8≤10,查此规范表4.4.3得,折减系数为1/3。
②按《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中的附录C,可知分层土主要影响深度h
m=2(d+1)=2×(0.4+1)=2.8m,在此深度范围内存在两层不同土时,按此规范叩的式(C.0.2-1)进行m值计算:

m
1=16000kN/m
4,m
2=26000×1/3=8670kN/m
4,h
1=2m,h
2=0.8m,所以m=

=12400kN/m
4 ③计算水平变形系数a:

C30混凝土,E
c=3×10
7kN/m
2,且

b
0=1.56+0.5=1.5×0.4+0.5=1.1m,所以:
EI=0.85E
cI
0=0.85×3×10
7×2.13×10
-3=54400kN·m
2
④计算单桩水平承载力设计值:
ah=0.7583×18=13.6>4,按(JGJ 94—2008)表5.7.2按桩顶铰接,由此得桩顶水平位移系数v
x=2.441。
据(JGJ 94—2008)中公式(5.7.3-5),预制桩水平承载力设计值为:

其中,x
0a为桩顶容许水平位移,取10mm,因此
⑤计算群桩基础的复合基桩水平承载力设计值:
R
hl=ηhR
h=1.0×97.2=97.2kN
5. 验算桩箱基础抗震水平承载力设计值是否满足要求时,其验算式左右两端与下列
最为接近。
- A.28650kN>14000kN
- B.35440kN>14000kN
- C.42680kN>14000kN
- D.48680kN>14000kN
A B C D
B
①计算箱基侧面被动土压力:

所以: E
p=355kN/m
根据构筑物抗震设计规范的有关规定,基础侧面土的水平抗力可采用被动土压力的1/3。
因此,箱基侧面土的水平拉力为:

②验算桩箱基础抗震水平承载力设计值:
T=97.2×350+1420=35440kN>14000kN
所以,桩箱基础地震水平承载力设计值满足要求。
某场地拟建6层住宅,经岩土工程勘察,已知该场地地基为第四纪全新世冲积层,由上至下依次分为5层:
①素填土,天然重度γ1=18kN/m3,层厚h1=0.8m;
②粉质黏土,天然重度γ2=18.5kN/m3,层厚h2=0.7m;
②中密粉砂,层厚h3=2.3m,标准贯入试验值:深度2.00~2.30m,N=12;深度3.00~3.30m,N=13;
④中密细砂,层厚h4=4.3m,标准贯入试验值:深度5.00~5.30m,N=15;深度700~7.30m,N=16:
⑤可塑一硬塑粉质黏土,层厚h5=5.60m;地下水位埋深2.50m,位于第③层粉细砂的中部。当地地震烈度为8度。设计考虑砖混结构,条形基础,基础底面宽度b=1.2m,基础埋置深度d=1.8m。试回答以下问题:6. 对初步判别:①d
0+d
b-2>d
u;②d
0+d
b-3<d
w;③d
u+d
w<1.5d
0+2d
b+4.5,阐述正确的是( )。
- A.①②③都正确
- B.①②对,③错
- C.②③正确,①错
- D.①②③全部错误
A B C D
A
根据勘察结果,该场地地基为第四纪全新世冲击层,在更新世Q3以后。当地地震烈度为8度,液化土特征深度d0=8;上覆非液化土层厚度du=2.50m;地下水位深度
du=2.50m。
du=2.50<d0+db-2=8+2-2=8
dw=2.500+db-3=8+2-3=7
du+dw=5<1.5d0+2db-4.5=11.5所以选A。
7. 该地基下土层有无液化的可能?
- A.无液化的可能
- B.有液化的可能
- C.难以判别
- D.液化与不液化均有可能
A B C D
A
标准贯入试验法判别:
a.深度2.00~2.30m,位于地下水位以上,为不液化土;
b.深度3.00~3.30m,N=13,标准贯入点深度d
s=3.15m,黏粒含量ρ
c=3,N
0=10,则标准贯入锤击数临界值N
cr为

C.深度5.00~5.30m,N=15。

d.深度7.00~7.30m,N=16。
N
cr=10[0.9+0.1(7.15-2.5)]

=13.65<N=16,不会液化。
故该地基下土层无液化可能,所以选A。
有一拟建筑场地位于8度区,基础埋深1.5m。场地地层、标准贯入点的位置及锤击数如图9-2所示。地下水位在地表下1.5m。试进行场地液化判别及液化等级的确定。

8. 按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)的要求进行液化判别,根据上述数据确定的液化指数最接近于( )。
A B C D
B
①液化初步判别:
按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)第4.3.3条进行初判。
d
u=1.50<d
0+d
b-2-8-2-2=8
d
w=1.5<d
0+d
b-3-8+2-3=7
d
u+d
w=3.0<1.5d
0+2d
b-4.5-1.5×8+2×2-4.5=11.5
不满足初步判别不液化或不考虑液化3个条件中的任何一个。因此,还应根据标准贯入试验进行液化判别。
②用标准贯入试验判别液化:
按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)第4.3.4条,将不同深度处的标准贯入锤击数(未经杆长修正)代入规范公式中,求临界标贯值:
d
s=1.9m: N
cr=N
0[0.9+0.1(d
s-d
w)]

=10×[0.9+0.1×(1.9-1.5)]×1=9.4>5,为液化土。
d
s=4.5m:N
cr=12<N=16,为不液化土。
d
s=5.5m:N
cr=13>N=8,为液化土。
d
s=6.5m:N
cr=14<N=16,为不液化土。
d
s=7.5m:N
cr=15>N=12,为液化土。
通过以上计算,d
s=1.9m、5.5m和7.5m的三个标贯点处的砂土均属可液化。
③计算液化等级:
液化等级的计算只需计算可液化的三个标贯点,其他标贯点不必计算。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)第4.3.5条公式(4.3.5),可得到该土层液化指数I
LE为:

=0.47×1.1×10+0.38×1.0×9.5+0.2×1.5×7.25
=11
在某一8度地震区,有一场地表层0~3m为黏性土,承载力特征值fak=160kPa,在其底下6~10m有一液化粉砂层,平均标贯击数N=10,地下水位于地面下1.5m,若要对粉砂层进行抗液化处理,采用锤击沉管法成孔然后灌入砂石,桩径采用0.4m,正方形布桩,要求复合地基承载力特征值fak=180kPa。试问答以下
问题:10. 设计砂石桩复合地基,桩间距S约为( )。
- A.0.86m
- B.1.22m
- C.1.56m
- D.1.85m
A B C D
B
①计算粉砂层液化判别标贯击数临界值:
10m处粉砂 N
cr=N
0[0.9+0.1(d
s-d
w)]

8度地震区,设计分组为第一组,N
0=10
N
cr=10[0.9+0.1(10-1.5)]=17.5≈18
②确定砂石桩面积置换率:
砂石桩采用沉管挤密碎石桩对土有挤密作用,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)式(4.4.3)计算挤土桩面积置换率
N
1=N
p+100ρ(1-e
-0.3Np) 式中 N
1——打桩后的标准贯入击数;
N
0——打桩前的标准贯入击数;
ρ——面积置换率。
所以有 18=10+100ρ(1-e
-0.3×10)

③砂石桩设计:
砂石桩桩径0.4m,桩长为10m,采用沉管挤密碎石桩,正方形布桩,ρ=0.084
由《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)式(7.2.8—2)可知:
m=d
2/d
2e 式中m=ρ=0.084,d
c=1.13s所以有

据此得:s=1.22m
有一截面积为0.4m×0.4m的预制方桩(C30),桩长18m,桩顶面在地面下4m处,地面下土层分布情况:0~6m为粉质黏土,qak=26kPa;6~12.5m为粉土,qsik=30kPa;黏粒含量为1.5%;12.5~20m为粉砂,qsik=36kPa;20~23m为砾砂,qsik=52kPa,qpk=3200kPa,地下水位1.5m,试回答以下问题:13. 若粉土和粉砂发生液化,且在11m处标贯击数N=9,18m处标贯击数N=18,地下水位3.5m,8度地震区,当按桩承受全部地震作用时,单桩竖向抗震承载力特征值与( )最为接近。
- A.577kN
- B.356kN
- C.486kN
- D.684kN
A B C D
A
当桩承受全部地震作用:
糊士和粉砂发生液化时:
在11m处N
cr=N
0[0.94+0.1(d
s-d
w)]

=10[0.94-0.1(11-3.5)]=16.59/16.5=0.55<0.6查《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表4.4.3,得其折减系数为:1/3;
在18m处N
cr=N
0[0.94-0.1(d
s-d
w)]

=10[0.9+0.1(18-3.5)]=23.518/23.5=0.77查《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表4.4.3,得其折减系数为2/3,
所以:
Q
uk=4×0.4(2×26+6.5×30×

+7.5×36×

×2×52)+3200×0.4
2=1153.6kN
考虑液化时单桩竖向承载力特征值为:
R
aE=Q
uk/2=1153.6/2=576.8kN
某一建筑物按抗震要求为乙类建筑,条形基础宽度b=2.0m,埋深d=2.0m,地基剖面如图9-1,基础底面下各层土的厚度、土性指标等见表9-2,荷载按地震效应组合计算,作用在基础顶面的竖向荷载标准值Fk=450kN。
表9-2 土层名称 | 土层厚度(m) | γ(KN/m3) | e | IL | fak(kPa) | Ncr | ILE |
①黏性土 | | 18.0 | 0.82 | 0.70 | 200 | | 0 |
②粉土 | 5 | 17.0 | 0.90 | | 150 | 6.3 | 7 |
③粉砂 | 3 | 17.5 | 0.90 | | | 8.2 | 5 |
④细砂 | 2 | 18.0 | 0.90 | | | 9.5 | 3 |
⑤黏土 | 3 | 18.5 | 0.75 | | | | 0 |

试回答下列问题: 若在案例10题中桩顶面处设置桩箱基础,如图9-5所示,各类参数均一样,作用于箱基顶部的竖向荷载F+G=80000kN,总桩数n=350根,结构总水平地震力产生的力矩设计值为M=40000kN·m,边桩中心距中心轴xmax=5.6m,
=2800m2,8度地震区,Ⅱ类场地,结构自振周期T=1s,土的阻尼比ζ=0.05。根据以上条件,
试回答下列问题:

19. 对桩基础竖向抗震承载力进行验算,地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采旧时,验算式左右两端数据与( )相近。
- A.Nmax=249kN<1.2R=692kN
- B.Nmax=249kN<1.2R=407kN
- C.Nmax=309kN<1.2R=692kN
- D.Nmax=428kN<1.2R=941kN
A B C D
B
当地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用时:

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表5.1.4-2,第一组Ⅱ类场地特征周期T
g=0.35s。
地震影响系数

和a=0.1a
max二者比为:

因此,由地震作用产生的倾覆力矩M应减小3.89倍:
M=40000/3.89=10282.8kN·m

=249kN<1.2R=1.2×339.2=407kN
某一场地地层为第四纪全新世冲积层及新近沉积层,地下水位埋深2.8m,当地地震烈度为8度(N0=10),岩土工程勘察钻孔深度为15m。土层由上而下分为5层:
①粉细砂,稍湿,饱和,松散,层厚h1=3.5m;
②细砂,饱和,松散,层厚h2=3.7m;
③中-粗砂,稍密-中密,层厚h3=3.2m;
④粉质黏土,可塑一硬塑,层厚h4=3m;
⑤粉土,硬塑。
现场进行标准贯入试验的结果如表9-1所示:
表9-1 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
深度(m) | 2.15~2.45 | 3.15~3.45 | 4.15~4.45 | 5.65~5.95 | 6.65~6.95 | 7.65~7.95 | 8.65~8.95 |
实测N | 6 | 2 | 2 | 4 | 8 | 13 | 18 |
根据此勘察结果,试回答以下问题:20. 判别此地基是否会液化?( )
- A.会液化
- B.不会液化
- C.液化与不液化均有可能
- D.难以判断
A B C D
A
①初步判别
a.从地质年代判别:此场地为第四纪全新世冲积层及新近沉积层,在第四纪全更新世之后,因此不能判别为液化土。
b.场地表土即为粉细砂,地下水埋深d
w=2.80m,上覆非液化土层即d
w=2.80m。对于烈度8度区的砂土,特征深度d
0=8m。
d
0+d
b-2>d
u=2.8
d
0+d
b-3>d
w=2.8
d
0+d
w=5.6<1.5d
0+2d
b-4.5=1.5×8+2×2-4.5=11.5
都不符合要求,故需进一步进行判别。
②标准贯入试验法判别
a.深度2.15~2.45m处:位于地下水位(d
w=2.8m)以上;因此不会液化。
b.深度3.15~3.45m处:N
0=10,d
s=3.30m,ρ
c=3,则标准贯入临界锤击数
N
cr=N
0[0.9+0.1(d
s-d
w)]

=10[0.9+0.1(3.3-2.8)]

=9.5>N=2,为液化土。
C.同理,对于其余各点有:
深度4.15~4.45m处:N
cr=10.5>N=2,为液化土。
深度5.65~5.95m处:N
cr=12>N=4,为液化土。
深度6.65~6.95m处:N
cr=13.0>N=8,为液化土。
深度7.65~7.95m处:N
cr=14.0>N=13,为液化土。
深度8.65~8.95m处:N
cr=15.0<N=18,为不液化土。
21. 若为液化土,液化等级是( )。
A B C D
D
①计算液化指数I
LE:n=5,d
1=1.0m,w
1=10;d
2=1.25m,w
2=10;d
3=1.25m,w
3=9.2;d
4=1.0m,w
4=8.20;d
5=1.0m,w
5=7.20。将以上数据代入I
LE的表达式:

②液化等级判别:I
LE=29.3>15,为严重液化等级。
22. 某场地为8度地震区,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组,建筑物甲与建筑物乙的结构自振周期甲为0.3s,乙为0.45s,阻尼比ζ=0.05,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001),如果建筑物甲和乙的地震影响系数分别以a
1和a
2表示,则地震影响系数a/a的值是( )。
A B C D
A
根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表5.1.4-2可知:
特征周期值T
g=0.35s,由GB 50011—2001中图5.1.5地震影响系数曲线可知:
当0.1<T<T
g时,a=η2α
max 当T
g<T<5T
g,a=

η2α
max 阻尼比ζ=0.05,曲线下降段的衰减系数为:

因为:
0.1<T=0.3<T
g=0.35,
a1=ηa
max;
T
g=0.35<T=0.45<5Tg=1.75

所以:a1/a2=1.25 选A。
23. 有一工程的结构自振周期T=1.0s,阻尼比为0.05,8度地震区,设计分组为第一组。场地分布依次为:0~3m为杂填土,剪切波速v
s=165m/s;3~6m为黏性土,v
s=160m/s;6~10m为细砂,v
s=180m/s;10~16.5m为卵石,v
s=300m/s;16.5~21m为基岩,v
s=600m/s,试据此计算地震影响系数a与
最为接近。
- A.0.024
- B.0.036
- C.0.062
- D.0.102
A B C D
C
①根据《建筑抗震设计规范》(GB 5001l一2001)第4.1.4条,建筑场地覆盖层厚度按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定,其值为16.5m。
②计算等效剪切波速:
v
se=d
0/t

式中v
se——土层等效剪切波速;
d
0——计算深度(m)取覆盖层厚度和20m两者的较小值,d
0=16.5m;
t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间;
d
i——计算深度范围内第i土层的厚度;
v
si——计算深度范围内第i土层的剪切波速;
n——计算深度范围内土层的分层数。
所以

v
se=16.5/0.081=203.7m/s
根据覆盖土层的厚度和等效剪切波速,查《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表4.1.6,场地类别为Ⅱ。
③根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)表5.1.4—1和表5.1.4—2,对于8度地震区、Ⅱ类场地和设计地震第一组可知,其水平地震影响系数最大值a
max=0.16,特征周期T
g=0.35s。
按此规范图5.1.5地震影响系数曲线知(阻尼比ζ=0.05):
a=(T
g/T)
γη2a
max 
所以 a=(0.35/1)
0.9×1×0.16=0.062
有一条形基础,埋深1.5m,基底下为粉土层,粉土黏粒含量为6%,其下为粉砂层,再往下为黏土层,地下水位在地表下4.0m,该建筑场地地震烈度为8度,设计地震分组为第一组,标准贯入试验深度及标贯击数N见图9-6,试问答下列问题:

图9-624. 该场地地基液化指数I
LE与
最为接近。
A B C D
D
①计算地面下15m深度范围内液化判别标准贯入击数临界值:
根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)第4.3.4条
地表下1.5m处位于地下水位之上,属于非液化土。
d
1=4.0m,粉土:

d
2=6.0m,粉土:

d
3=9.0m,粉砂:

d
4=12.0m,粉砂:

由于d
1、d
2、d
3和d
4深度处实测N值均小于临界值N
cr,应判为液化土层。
②计算标准贯入试验深度:
d
i为第i点代表的土层厚度,可采用与该标准贯入试验点相邻上、下两标贯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。
4m处, 4+(5-4)/2=4.5m;
6m处, 54-(7-5)/2=6m;
9m处, 7+(10.5-7)/2=8.75m;
12m处, 10.5+(14-10.5)/2=12.25m。
③计算第i土层单位土层厚度的层位影响权函数值W
i:
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。
4m处(该层中点深度4.5m), W=10/m;
6m处(该层中点深度6m), W=9/m;
9m处(该层中点深度8.75m), W=6.25/m;
12m处(该层中点深度12.25m), W=2.75/m。
④计算各土层厚度:
第一层厚度:5-4=1m;
第二层厚度:7-5=2m;
第三层厚度:10.5-7=3.5m;
第四层厚度:14-10.5=3.5m。
⑤计算液化指数:

有一建筑物浅基础,宽为2.5m,埋深1.5m,土的各类参数见图9-3和表9-3,作用在基础顶面竖向荷载F=600kN,其按抗震要求为乙类建筑,试回答以下问题:
土层各类参数 表9-3 土层名称 | 土层厚度(m) | γ(KN/m3) | e | IL | fak(kPa) | 标贯击数临界值Ncr | 液化指数ILE |
黏土 | 4 | 19 | 0.84 | 0.68 | 210 | | 0 |
粉土 | 3 | 18 | 0.88 | | 160 | 6.5 | 9 |
粉砂 | 3 | 18.5 | 0.9 | | | 8.6 | 6 |
细砂 | 4 | 19 | 0.85 | | | 9.8 | 3 |
黏土 | | 20 | 0.78 | | | | 0 |

30. 对液化土层进行砂石桩挤密处理,砂石桩直径400mm,正方形排列,要求将孔隙比从0.9降低到0.78,则砂石桩间距值与
相近。
- A.1.2m
- B.1.56m
- C.1.78m
- D.0.92m
A B C D
B
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)式(8.2.2—2),当砂石桩为正方形时,对粉土、砂土地基处理,其砂石桩间距为:

式中s——砂石桩间距;
d——砂石桩直径,为0.4m;
ξ——修正系数,取1.1;
e
0——地基处理前砂土的孔隙比,其值等于0.9;
e
1——地基挤密后要求达到的孔隙比,其值等于0.78。
所以
