1. 引言
四川省位于中国西南部，地处欧亚板块和印度板块碰撞带上，地震活动频繁，地质构造复杂。近年来，随着汶川地震和雅安地震等强震的发生，如何提高建筑物和基础设施的抗震能力成为工程技术领域的重要课题。岩土隔震技术作为一种新兴的减震手段，通过在地基和上部结构之间设置隔震层，有效降低地震作用对结构物的影响，受到了广泛关注和研究。
2. 岩土隔震技术基本原理
岩土隔震技术是一种通过在地基与上部结构之间设置隔震装置来减少地震对结构物影响的抗震技术。其基本原理是利用隔震装置的柔性和耗能能力，将地震动的能量隔离或耗散，从而降低结构的地震响应。
2.1. 地震动的传播与放大效应
在地震发生时，地震波从震源向外传播，经过岩土介质到达地表，对地面上的建筑物和基础设施产生冲击。地震波在传播过程中，由于地质条件的变化，地震动会产生放大效应，特别是在松软的地基或沉积层上，放大效应更为显著。这种放大效应会使地表建筑物承受更大的地震力，导致更严重的结构损伤。
地震震害常被划分为直接震害和间接震害。直接震害主要有两种，即地基失效和结构振动破坏。从历次发生的地震情况，可以看到许多地基失效造成的震害现象，如RC框架结构因为地震而产生的裂缝，整体框架倒塌，地基破坏等。
岩土隔震技术的核心理念就是在地基与上部结构之间设置一个隔震层，使得地震波到达建筑物之前先被隔震层所吸收或反射，从而减少传递到建筑物的能量。
2.2. 隔震装置的构成与功能
岩土隔震[1]装置通常由以下几类组成：
橡胶隔震垫(Elastomeric Bearings)：这种隔震垫由橡胶与钢板交替叠合而成，具有很高的垂直承载能力和较大的水平柔性。在地震作用下，橡胶隔震垫能够产生较大的水平变形，同时通过橡胶的内摩擦耗散部分地震能量，起到隔震的效果。
摩擦摆隔震支座(Friction Pendulum Bearings)：摩擦摆支座通过球面滑动和摩擦耗能来减少地震能量的传递。其工作原理类似于一个反向摆，在地震作用下，上部结构在支座上滑动，利用摩擦耗散能量，同时通过摆动回到初始位置，从而减小结构的相对位移。
粘滞阻尼器(Viscous Dampers)：粘滞阻尼器是一种能量耗散装置，利用粘性流体在地震作用下的流动性来吸收地震能量。其主要功能是通过阻尼器内的流体运动将部分地震能量转换为热能，减少结构的地震响应。
层间隔震层(Layered Isolation Systems)：这种系统通常由多层材料组合而成，采用不同材料的组合来优化隔震效果。这种组合能够兼顾承载能力和柔性变形能力，适用于不同的地基条件和建筑需求。
2.3. 隔震技术的力学原理
隔震技术的力学原理主要基于振动控制理论。在没有隔震措施的情况下，建筑物在地震作用下会产生共振现象，即地震动的频率与建筑物的自振频率接近，导致建筑物产生大幅度的振动，从而引发严重破坏。
隔震装置的加入改变了整个结构体系的振动特性，使得上部结构的自振频率降低至远离地震动的主要频率范围，避免了共振的发生。此外，隔震层的柔性变形和耗能机制能够有效吸收地震能量，减少传递到上部结构的能量，减小地震反应。
2.4. 隔震技术的应用条件
虽然岩土隔震技术具有显著的减震效果，但其应用需考虑具体的地质条件、建筑类型和地震动特性。以下是一些关键的应用条件：
地基条件：隔震技术更适用于软弱或中等硬度的地基，在岩石地基上应用时需要特别设计以适应较高的地基刚度。
建筑物类型：隔震技术广泛应用于高层建筑、桥梁和重要基础设施，尤其是那些对地震有较高防护要求的建筑。
地震动特性：隔震技术对中低频地震动具有较好的减震效果，而对高频地震动的隔震效果相对较差。因此，隔震设计需要考虑地震动的频谱特性，确保其在主要地震动频率下发挥最佳效果。
2.5. 隔震层设计与施工
隔震层的设计与施工是岩土隔震技术的关键。设计时需要根据建筑物的使用功能、地质条件和地震烈度等因素，选择合适的隔震材料和装置，并进行详细的力学分析和实验验证。施工时需确保隔震层的安装精度和施工质量，以保证其在地震发生时能有效发挥作用。
岩土隔震技术通过改变地震波的传播路径和能量耗散方式，显著降低了地震对建筑物的破坏影响。其基本原理在于利用隔震装置的柔性和耗能能力，将建筑物的自振频率调整至远离地震动频率的范围，并通过材料的变形和摩擦等耗散能量。这种技术在地震多发地区具有广泛的应用前景，尤其适用于地质条件复杂的四川地区。然而，实际应用中需结合具体的地质条件和建筑需求进行精细设计，以确保最佳的隔震效果。
3. 国内外研究现状
3.1. 国际研究现状
国际上，岩土隔震技术的研究和应用已经取得了一定成果。有文献记载的隔震思想已有100多年的历史，日本的河谷浩藏是最早提出工程隔震思想的学者，其在1881年(明治24年)所著的《地震时不遭受大震动的结构》一文中提出了基础隔震的思想；另一个是居住在美国的英国医生，在1909 年提出的在建筑物上部部分和基础之间设置石(云母)层，当地震时建筑物上部可以滑动，这是所谓的基础绝缘方式，其并以此申请了专利[2]。
美国大概从1930年起，采用强震记录仪对地震进行观测、记录，并在1933年首次测定了具有意义的强震记录，对全世界隔震研究起到了极大的促进和推动作用。日本的鹰部屋福平1940年，提出了在建筑物屋顶设置带滚轮的质量的控震性抗震结构方案，这种思想的出现正是现代附加质量方法控制振动的先驱[3]；日本的松下清夫和和泉正哲1965年在第三次世界地震工程会议上，提出了采用转动球式简单隔震结构模型进行时域分析，由此隔震研究步入了国际化、实用化的研究轨道发展。
3.2. 国内研究现状
国内对岩土隔震技术的研究起步较晚，但近年来发展迅速。中国建筑科学研究院、同济大学等科研机构在岩土隔震材料的性能研究、数值模拟和实际工程应用方面取得了一定成果。特别是在汶川地震后，四川地区的研究机构和工程单位对隔震技术的关注度显著提高，开展了多项相关研究和工程实践。并且在国家相关部门的大力支持下，中国建筑科学研究院等单位编制了我国《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS126-2001)、颁布了《橡胶支座第3部分：建筑隔震橡胶支座》(GB20688.3-2006)，修订了并颁布了新的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) [4]，新的抗震规范进一步规范了的隔震和消能减震设计要点，为我国隔震设计和研究提供了理论及技术支持。同时我国有许多人对岩土隔震进行了深入研究。
窦远明[5]通过室内模型试验，以刚体试块代替刚度较大的砌体建筑物，进行了振动台的模拟试验，探讨了三种工况下，砂垫层减振的减振率，研究了砂垫层相对密实度对减振率的影响，比较了在密实状态及松散状态下、较密实状态下两种不同厚度、不同基底压力下砂垫层的减振效果。结果表明，随着砂垫层密实度的增加，减振效果有所减小。输入ElCentro波时，砂垫层厚度增加，减振效果增强，但输入正弦波时，厚度对减振效果影响不大。
刘方成[6]等针对30%配比的橡胶砂，考虑3种垫层厚度200 mm/300 mm/500 mm、4种基底压力50~300 kPa，基于对取自于不同场地类别的195条地震波的刚性地基反应谱和RSM垫层“减震地基”反应谱的分析对比，得到以下结论：1) RSM垫层的减震效应受场地类别的影响，场地卓越周期越短，减震效应越好；2) RSM垫层厚度越大，减震效应越好，但当垫层厚度达到500 mm时，减震性能鲁棒性变差，且这种鲁棒性的劣化与场地类别无关；3) 各种场地类别地震波作用下，RSM垫层减震效应均随输入地震加速度和基底应力的增大而增加，但随着前者的增加，后者的影响减小。
尹志勇[7]基于岩土隔震技术的概念提出了两种针对农村民居的低成本岩土隔震系统，对其隔震机理进行了理论分析，利用大型地震模拟振动台开展了农居模型–基础–岩土隔振系统–地基的地震模拟试验，利用ABAQUS有限元软件，对振动台模型试验以及原型农居进行了数值模拟研究。在此基础上，初步提出了实际工程应用两种岩土隔震系统的设计与施工建议。
4. 岩土隔震技术在四川的应用
4.1. 地质构造与地震活动性
四川地质条件复杂，岩土类型多样，包括松散的沉积物和坚硬的基岩[8]。不同地质条件下，隔震技术的设计和施工方案需要因地制宜。盆地地区松散沉积物的液化风险较高，隔震设计需要考虑地基的稳定性和变形特性；山区和高原地区的岩石地基则需要关注断裂和滑坡等地质灾害。
4.1.1. 地质构造
四川地处中国地质构造单元的交汇处，是南北地震带和东西地震带的重要交集区域。南北地震带是中国地震活动最为频繁的区域之一，贯穿华北、华中、西南等多个省份，而东西地震带则横跨西北和西南地区。四川位于这两大地震带的交汇点，使得其地质构造极为复杂，也因此成为地震活动的高发地区。四川盆地位于扬子地块中部，周边环绕着大巴山、岷山、龙门山、邛崃山等山系。龙门山断裂带是四川地震活动的主要构造之一。
4.1.2. 地震活动性
四川省是中国地震活动最频繁的地区之一，历史上曾发生过多次强烈地震。2008年5月12日发生的汶川大地震(Ms 8.0)和2013年4月20日发生的雅安芦山地震(Ms 7.0)是近年来影响较大的两次地震。四川地震活动具有震源深度浅、震中密集、破坏性强等特点，对区域建筑物和基础设施构成重大威胁[9]。
同时四川地区由于位于地震高发区，地震对岩土工程的影响显著。地震不仅会引发地基液化、滑坡和岩土体崩塌等次生灾害，还会影响岩土的力学性质，如强度的降低和变形能力的增加。因此，在四川地区的工程设计中，必须考虑地震因素对岩土的综合影响。
4.2. 岩土特性分析
4.2.1. 岩土类型
四川地区的岩土类型多样，主要包括沉积岩、变质岩和火成岩。盆地地区以第四纪松散沉积物为主，包括粘土、砂土、砾石等；山地和高原地区则以岩石地基为主，主要包括花岗岩、玄武岩、片麻岩等[10]。
4.2.2. 岩土工程特性
1、四川盆地地区的岩土特征
四川盆地[10]是中国西南地区的重要构造盆地，其地形以平原和丘陵为主，岩土类型多为沉积物。
松散沉积物：四川盆地内广泛分布着厚层的松散沉积物，这些沉积物主要由河流和湖泊沉积物组成，粒径从砂、粉砂到粘土不等，分布广泛。这些沉积物的工程特性主要表现在承载力较低、压缩性高和液化潜力大，特别是在地下水位较高的地区，松散沉积物在地震作用下容易发生液化，影响地基稳定性。
砂岩和泥岩：在四川盆地周边的丘陵地区，常见的岩土类型为砂岩和泥岩。这些沉积岩具有中等强度和较低的渗透性，但在长期风化和水蚀作用下，可能发生软化和崩解，影响工程的长期稳定性。
2、四川山区的岩土特征
四川的西部和北部地区主要为山区[8]，包括川西高原和龙门山脉等，地形陡峭，地质条件复杂，岩土类型主要为坚硬基岩和次生风化岩土。
基岩(花岗岩、片麻岩等)：四川的山区多由坚硬的基岩组成，如花岗岩、片麻岩和片岩等。这些基岩具有高强度、高稳定性，但由于地震活动频繁，可能会形成断层和裂隙，影响工程结构的安全性。在这些地区进行工程建设时，需要特别关注基岩的断裂发育情况和滑坡风险。
风化壳土层：在山区，基岩常覆盖有一定厚度的风化壳土层，这些土层因长期暴露在大气和地表水的作用下，物理和化学性质发生了变化，表现出较高的压缩性和较低的强度。风化壳土层在地震作用下容易失稳，从而引发滑坡等地质灾害。
崩积和堆积土：四川山区的崩积和堆积土层多为地质灾害作用的产物，如滑坡和泥石流后留下的土石混合物。这些土层的工程性质复杂，稳定性较差，尤其在地震和暴雨的双重作用下，容易再次发生地质灾害。
4.3. 典型工程案例
在汶川地震后，四川地区陆续开展了一些岩土隔震工程。
1、成都地铁抗震设计
项目背景：成都是四川省的省会城市，地处地震多发区，因此地铁工程的抗震设计至关重要。在成都地铁的建设中，隔震技术被广泛应用，特别是在关键的枢纽站和重要的地铁线路上。
隔震设计：成都地铁的抗震设计中，采用了隔震垫层技术，将隔震材料放置在隧道结构的基础层与上部结构之间，形成一个隔震层。这种设计能够有效减小地铁结构的震动传递，确保地铁在地震发生时能够安全运行。
成效：通过隔震技术的应用，成都地铁在历次地震中的表现都相对稳定，震动传递受到了显著抑制，保障了地铁运营的安全性和可靠性。这一案例展示了隔震技术在大规模公共交通工程中的应用效果。
2、汶川地震博物馆
项目背景：汶川地震博物馆作为地震灾害的纪念和教育场所，位于地震活动频繁的龙门山断裂带附近，抗震设计成为该项目的重点。
隔震设计：博物馆建筑采用了隔震支座系统，隔震支座安装在建筑的基础结构上，能够有效减少地震波对上部结构的影响。此外，建筑周围的岩土基础也经过了特殊处理，以增强地基的稳定性，防止在地震作用下发生沉降或移位。
成效：通过岩土隔震技术的应用，汶川地震博物馆在地震发生时能够维持建筑结构的完整性，为公众提供安全的避难空间，同时也展示了先进的抗震设计理念。
四川地区的岩土隔震技术在多个重大工程项目中得到了成功应用，这些工程案例展示了隔震技术在提高建筑物抗震性能、保障生命财产安全方面的重要作用。通过这些典型案例，四川地区的抗震设计经验得以丰富，为未来的抗震工程提供了有效的参考。
4.4. 技术优势与挑战
岩土隔震技术在四川的应用具有显著的技术优势，包括提高结构物的抗震性能、延长使用寿命和降低地震灾害风险。然而，四川地质条件复杂多变，对隔震技术的设计和施工提出了更高的要求。例如，如何在高烈度地震区和复杂地质条件下选择合适的隔震材料和设计方案，仍需进一步研究和探索。
5. 未来发展方向
5.1. 技术优化与创新
未来，岩土隔震技术的发展方向应包括材料的优化和新型隔震装置的研发。高性能隔震材料和智能隔震装置的应用，将进一步提高隔震效果和工程适应性。此外，结合大数据和人工智能技术，实现隔震设计的智能化和精细化，也是未来的重要发展方向。
5.2. 标准化与规范化
四川地区岩土隔震技术的推广应用，需要建立健全的技术标准和规范。目前，国内隔震技术标准尚不完善，需借鉴国际先进经验，制定适合我国国情和地质条件的技术规范，确保工程设计和施工的规范化和标准化。
5.3. 实践与推广
加强岩土隔震技术的实践应用和推广，是提高四川地区抗震能力的重要途径。通过示范工程和试点项目，积累实际应用经验，推广先进技术，推动全社会对岩土隔震技术的认知和接受，提升整体抗震水平。
6. 结论
岩土隔震技术在四川地区具有广阔的应用前景和重要的现实意义。通过综述其基本原理、国内外研究现状和在四川的应用情况，本文为该技术在四川的进一步研究和实践提供了参考。未来，应在技术优化、标准化建设和实践推广等方面持续努力，以提高四川地区岩土工程的抗震能力，保障人民生命财产安全。