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冻土是一种分布广泛的国土资源,我国的多年冻土面积占国土总面积的22.3%,居世界第三位。西部地区地下矿产资源的开采及各类工程建设的需求,越来越需要我们对冻土的动态力学性能有所了解。而了解冻土动态力学性能最基本的实验手段是SplitHopkinsonPressureBar(SHPB)。
本文首先根据冻土实验对温度条件的要求,自行研制设计了一种新型的高效制冷盒。研制成功的制冷盒具有控制精度高,制冷效率高,能真实反映出试样的实时温度。然后利用岛津材料试验机,对四种温度下的冻土各进行了两组应变率的静态压缩。最后利用分离式霍布金森压杆(SHPB)对四种低温下的冻土各进行了四种高应变率的动态压缩实验。实验结果表明:动土动、静态力学性能相差较大,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土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。综合实验现象分析认为,冻土的动态破坏过程以内部冰晶体的破坏为主体,破坏形式为裂纹在冰晶体内的生成与传播。冰晶体的破坏使得冻土原始结构势被损坏,因此实验曲线表现出明显的汇聚性。裂纹在冰晶体内的生成传播止裂,导致了曲线的震荡特性。