利用SHPB装置对冻土在-6℃和-16℃时进行有无主动围压的动态冲击试验，对比分析了两种状态下的冻黏质土的应力-应变曲线及其强度和破坏形式。结果表明，无围压作用下冻土的应力-应变曲线比主动围压作用下的应力-应变曲线多了黏性阶段；主动围压对冻黏质土动态抗压强度提高作用大于无围压，两种状态下的冻土都有应变率效应和温度效应；无围压作用下的冻土破坏呈脆性破坏。

随着寒区工程建设成为中国基础建设的又一大热点,对于冻土冲击动态力学性能及其本构模型的研究已显得十分必要。不同冻结温度的冻土试样通过采用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了不同应变率下的单轴冲击压缩实验。实验结果表明:冻土的弹性模量随着冻结温度的降低而升高,没有明显的率相关性;冻土的强度随着冻结温度的下降和加载应变率的升高而增大。基于实验结果,采用平均化方法推导了与冻结温度相关的冻土等效弹性常数的表达式。同时,采用基体各向同性化的切线模量法建立了冻土的动态塑性细观力学模型。进而,引入与冻结温度和加载应变率相关的连续损伤演化模型构建了冻土的冲击动态本构模型。相应的模拟结果表明,该模型能够很好地描述冻土的动态力学行为。

研究冻土在冲击加载下的动态力学行为对寒区的工程建设、交通运输等都有着重大的意义。该研究在粘弹性模型的基础上,考虑了损伤和温度的影响,建立了能够合理描述冻土在单轴冲击荷载作用下的应力-应变行为的本构模型。并进行了冻土霍普金森压杆冲击动态实验,对比实验曲线和所建立的本构模型曲线,发现拟合良好,具有一定的工程应用价值。

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB),以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明:在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12℃和-16℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。

采用37φmm铝质分离式Hopkinson压杆试验装置,研究了冻结温度为-8℃、-12℃和-16℃条件下人工冻结黏土在单轴和围压两种受力状态下的冲击破坏特征和强度特性。试验结果表明,当应变率相同时,单轴和围压两种受力状态下人工冻土的最大应力均随冻结温度的降低而增大,表现出较强的温度效应。在高应变率加载条件下,两种受力状态下人工冻土的冲击破坏形态分别呈现出脆性破坏和黏塑性破坏。当冻结温度和冲击气压相同时,两种受力状态下人工冻土表现出明显不同的动力特性,且围压状态下人工冻土最大应力明显高于其在单轴状态下的最大应力,呈现出明显的应力强化特性。

冻土动态力学特性实验研究是冻土力学研究的重要内容之一.以重塑冻结黏土为例,利用分离式霍布金森压杆,得到了人工冻结黏土在冲击荷载作用下的破坏规律,研究了人工冻结黏土温度分别为-4℃,-8℃,-12℃和-16℃时,在不同应变率下单轴状态的变形特征和强度特征.研究结果表明,人工冻土在冲击荷载作用下呈脆性破坏特征,表现了较强的温度效应,但应变率效应不太明显.冻结黏土在冲击荷载作用下的动态力学特性研究为冻土开挖技术提供了理论支持.

利用分离式霍布金森压杆(SHPB)对4种低温下的冻土进行了4种高应变率的动态压缩实验.实验结果表明:冻土不仅具有温度效应,还具有应变率效应,两种效应反映出冻土材料的时温等效性.另外这种时温等效性在分析冻士材料的破坏过程时还体现在它的冻脆性和动脆性.冻土材料动态应力应变曲线的汇聚现象和振荡现象均起源于这种冻脆性和动脆性.