钙质砂动态力学特性试验研究

魏久淇， 王明洋， 邱艳宇， 赵章泳

(1. 陆军工程大学 防灾减灾爆炸冲击国家重点实验室，南京 210007；2. 军事科学院 国防工程研究院，河南 洛阳 471023；3.河南省特种防护材料重点实验室，河南 洛阳 471023)

钙质砂作为一种海洋生物成因的岩土介质，主要成份为CaCO3,广泛分布于北纬30°和南纬30°之间热带海洋地区，其生成机制的特殊性，形成了压缩性高，孔隙比大，内摩擦角大，颗粒易破碎等特性[1-5]。近年来，我国“一带一路”愿景的达成，海上丝绸之路途径地区多为钙质砂分布区，南海诸岛和海外基地建设及维护的需求越来越大。岛礁建设和维护都避不开深厚的原状或吹填的钙质砂地基，同时，中国面临海上一场信息条件下的局部战争的风险有增无减，南海诸岛及海外基地港口的前哨作用越来越大。岛礁上钙质砂，不仅自身常受到风、浪等周期荷载的作用，而且可能还承受飞机降落、爆炸冲击等强荷载的作用。因此研究钙质砂的动态力学特性显得尤为重要。

分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)常用于研究材料在中高应变率(101～104s-1)下的动态力学特性。目前，诸多学者利用该装置研究了应变率、含水率、初始密度、颗粒级配、侧限条件对石英砂动态力学特性的影响[6-15]。研究表明：应变相同时，初始密度越大，砂的承载力越大；侧限条件提供的刚性约束越强，砂越难形变；级配越好，砂的承载力越大；含水率对石英砂的动力响应特性也有影响。然而学者对石英砂应变率效应的认识存在较大争议，Bragov等[16-20]认为石英砂有明显的应变率效应，而Song等认为石英砂基本没有应变率效应，对此问题认识不统一的可能原因：砂土材料孔隙率大，密度低，波速小，与压杆的波阻抗相差大，较难满足砂样应力均匀性。……