本文利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置探究冲击加载下含盐量和应变率对饱和含盐冻土动态强度的影响。试验结果表明，当含盐量介于0%～2%时，土体的动态强度大约随含盐量每增加1%而减小1.5 MPa；随应变率每升高250 s-1而增大2.0 MPa。从能量角度分析，土体冲击过程中的吸收能密度大约随含盐量每增加1%而减小0.1 J/cm3；随应变率每升高250 s-1而增大0.2 J/cm3。基于能量平衡和断裂理论，推导了饱和含盐冻土压缩膨胀拉伸破坏模型的动态强度理论计算式，计算结果与试验结果误差不超过10%，且能预测动态强度随含盐量和应变率的变化趋势，表明该理论可以揭示饱和含盐冻土的动态破坏机理，为工程实践提供理论基础和借鉴意义。

为研究应变率和含水率对冻土能量耗散的影响，通过■50 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar）动力学试验，综合研究了不同冲击速度（4～10 m/s）、不同含水率条件（9%～18%）下冻结黏土的能量耗散特性。试验结果表明：（1）从耗散能的角度将冻土破坏吸能过程分为3个阶段：缓慢增长、快速增长和趋于稳定阶段；耗散能、反射能和透射能与入射能间呈一次函数正相关（R2>0.94）,且入射能、反射能、透射能和耗散能与平均应变率间也存在线性正相关关系（R2>0.87）;随含水率增加，能量反射系数、能量透射系数和能量耗散系数分别呈先递减后增加、先递增后减少和先递增后减少趋势。研究成果为冻土区爆破工程施工提供借鉴参考。

为了探究冲击加载下初始含水率和加载应变率对非饱和冻土抗压强度的影响，利用分离式霍普金森压杆（SHPB）对不同初始含水率下的非饱和冻土进行不同加载应变率下的冲击压缩试验，发现非饱和冻土的抗压强度随加载应变率和初始含水率的增加而增大。为了分析非饱和冻土在冲击加载下的抗压强度和破坏情况，从能量的角度分析非饱和冻土在冲击过程中吸收能与加载应变率和含水率之间的关系。结果表明：能量吸收的多少可以直观地反映非饱和冻土的抗压强度，同时可以反映出加载应变率和初始含水率对非饱和冻土抗压强度影响的主次。通过分析非饱和冻土在冲击加载下的能量-时程关系，可以直观地了解非饱和冻土在不同加载时刻的破坏情况。

为了直观地描述冻土在冲击加载下的动态力学性能和应力-应变关系,从细观出发,将冻土视为冰颗粒增强的复合材料,建立了基于冰颗粒增强的冻土细观动态本构模型。根据土相在冲击作用下层层破坏的特点,假定冲击层的动模量因冲击损伤而发生变化,在模型中引入了应变率项。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,通过改变温度和应变率,获得了冻土在不同实验条件下的动态冲击应力-应变曲线。实验结果表明,冻土具有明显的温度效应和应变率效应。模型计算结果与实验结果符合良好,验证了所建立的动态本构模型的合理性和适用性,具有很强的工程应用价值。

为了更好地描述冻土在冲击加载下的动态力学性能及其应力应变关系,将冻土看成是胡克弹簧和Maxwell体的并联组合体,并且引入符合双参数的Weibull分布损伤和Johnson-Cook模型的温度项对所研究的线性黏弹性模型进行了改进。利用分离式霍普金森杆(SHPB)对冻土进行了冲击加载实验,获得了冻土分别在不同温度、相同高应变率以及相同温度、不同高应变率冲击加载下的应力应变曲线,实验表明冻土具有明显的温度效应和应变率效应。对比实验曲线和理论曲线可以看出模型计算结果和实验结果具有很强的一致性,拟合良好,具有较高的工程应用价值。

研究通过系统的霍普金森压杆实验,分析了冻土冲击动态应力-应变曲线的特征,验证了冻土的应变汇聚现象,揭示了产生这一现象的原因。研究发现应变率、实验冻结温度和初始含水量等参数对应力-应变曲线均有影响,而应变汇聚现象产生的首要条件是具有相同的加载应变率,与温度和初始含水量等参数无关。同时,冻土的动态裂纹损伤类型和裂纹损伤演化方式能够直接影响汇聚现象中应力-应变曲线的形状,温度损伤现象是冻土特有的动态力学性能和应变汇聚现象产生的重要原因。此外,霍普金森压杆实验特殊的冲击动态加载方式和实验基本假设产生了特定的加载历程,实验加载条件决定了应变汇聚现象的汇聚点位置。因此,应变汇聚现象反映了冲击动态加载条件下冻土特有的力学性能,是冻土固有性质和实验手段共同作用的结果。

研究冻土的动态力学性能对于地下工程人工冻结法施工等具有重要意义.本文应用分离式霍普金森压杆(SHPB),研究了冻土单轴动态加载下的力学性能,涉及-3、-8、-13、-17、-23和-28℃共6个负温的冻土,应变率范围350～1200s-1.获得了相应条件下的冻土应力应变关系.冻土的单轴动态应力应变曲线具有脆性特征.发现冻土具有温度和应变率效应,其强度随温度降低和应变率增大而增大,最终应变随应变率增大而增大.冻土温度越低,应变率敏感性越强;加载应变率越高,冻土的温度效应越显著.文中提出的粘弹性损伤型本构模型能够较好的描述6个温度冻土的应力应变关系.

采用分离式霍普金森压杆(SHPB),对于-17℃冻土进行了应变率约350、600、800、1 000和1 200 s-1的单轴冲击实验。获得了其相应应变率下的应力应变关系。发现其没有明显的屈服现象,具有显著的应变率效应,其峰值应力与最终应变均随加载应变率增大而增大,并且具有一定的线性关系。引入含损伤的Johnson-Cook模型,描述-17℃冻土的应力应变关系,发现在600～1 200 s-1的加载应变率范围内,该模型具有较好的适用性。

为研究冻土单轴加载下的冲击动态力学性质,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)在-28～-3℃不同负温下对人工冻土进行了应变率范围800～1500s-1的冲击实验。获得了人工冻土在不同温度与不同应变率下的应力应变关系,发现人工冻土具有显著的应变率效应和温度效应,即冻土动强度随应变率增大和温度的降低而增大。单轴高应变率加载下,冻土没有明显的屈服现象,加载后试样完全破坏。