砂土SHPB冲击试验与数值模拟研究进展及问题探讨

作     者：吴琳 吕亚茹 张申 丁思超 

作者机构：河海大学力学与工程科学学院 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(No.52279097 No.51779264) 江苏高校“青蓝工程”资助 

主　　题：砂土 SHPB 冲击试验 动力特性 应变率效应 

摘      要：中高应变率下砂土的动力特性对防护工程、桩基贯入、船舶抛锚、飞机降落等问题具有重要意义。本文综述了砂土SHPB冲击试验及数值模拟研究现状，总结了目前砂土冲击特性研究存在的主要问题，归纳如下：(1) SHPB试验对于散体材料仍存在不确定性，如试样尺寸尚不规范统一、边界条件难以控制、三轴试验方法还不成熟等，未来三轴SHPB试验需要解决试样径向变形测量和围压恒定问题；(2) 由于试验条件下排气和排水不确定，且存在惯性效应，导致应变率效应无法准确判断；(3) 而且含水率对冲击特性的影响与孔隙水压力、孔隙气压力变化相关，但相关变量测量困难，结果难以分析。需要开发完全不排气、不排水的装置以消除边界条件影响；(4) 现有方法如有限元法、离散元法、耦合方法无法统一模拟波传播连续性和颗粒破碎。需要克服计算量限制，建立考虑复杂机制（如含水、颗粒破碎）的数值模型来研究砂土冲击特性；(5) 需要建立考虑应变率效应的本构模型，实现水分、颗粒破碎等复杂机制的模拟，完善中高应变率土力学理论框架。