混凝土不仅是最主要的工程防护材料,同时还在造船业,机械工业,海洋开发,地热工程等项目中均得到了广泛的应用。因其经常受到地震、海浪、爆炸等外来载荷的冲击作用而处于复杂的应力状态下,所以在防护工程领域中,重点关注的仍是混凝土在复杂应力状态下的动态力学性能以及抗弹性能。由于在设备制作和实验原理上均存在较大困难,相关实验设备和实验数据目前非常罕见。在常规霍普金森实验技术的基础上,本文克服现行液压侧向实验装置的缺陷,设计研制出一种能够实现真三轴静载的动态冲击加载系统。由此,分析三轴应力状态下动态冲击压缩过程中应力波的产生及传播过程,建立较可靠的实验原理、信号测量手段和数据处理方法。进而对复杂应力状态下的混凝土动态力学性能进行系统研究。同时,利用水平杆中的钻孔发射子弹,研制了真三轴静载下混凝土侵彻实验平台,探索了复杂应力状态下混凝土抗弹阻力特性。这两套系统组成一个实验平台,即可以独立进行实验,揭示混凝土材料的动态强度和抗弹阻力特性;又可以进行组合实验,揭示冲击后混凝土的抗弹性能,或者是侵彻作用后混凝土的动态强度特性。基于此思路,本文的主要工作如下:本文首先详细介绍了研制的真三轴静载下的动态压缩实验装置,以及各个结构部件的作用,描述了动态压缩过程中应力波的产生及传播过程,并介绍了信号测量手段以及相应的数据处理方法等。其次,对实验系统进行标定,并讨论了真三轴静载对方杆不同部位波形以及入射杆上卸载波形的影响。然后评估了横向惯性效应对单轴强度的影响。最后,结合数值计算分析了横向剪切力对整体应力平衡的影响,结果发现横向剪切力的值远小于入射波幅值,并不影响整体的应力平衡,可以忽略不计。基于真三轴静载下动态压缩实验装置研究了混凝土试样在不同应力状态以及速度下的强度变化以及变形模式。随着侧向约束的增加,混凝土的破坏模式逐渐从脆性破坏模式转变为塑性破坏模式。随着冲击速度的增加,x轴的强度随之增加,测得的侧向工程应力和工程应变的值较低,并且也随着x轴冲击速度的增加而增加。通过对混凝土真三轴动态加载后的实验数据进行分析,发现其动态应力应变关系,静水压力与体积应变关系以及等效应力应变关系均表现出明显的应变率效应和载荷加载路径相关性。当使用D-P强度准则描述动强度时,结果表明材料参数(α0和k0)和强度参数(c和Φ)都显示出明显的应变率效应,并且随着应变率的增加,材料参数κ0减小,而参数k0增大;摩擦角(Φ)逐渐增大,而内聚力(c)逐渐减小。为了研究混凝土在复杂应力状态下的抗弹特性,本文又研制出一种真三轴静载下侵彻实验装置,并详细介绍了该装置的实验原理、信号测量手段以及相应的数据处理方法等。基于该实验装置研究了混凝土靶体在不同侵彻速度以及不同侧限状态下的抗弹阻力,即轴向阻力,扩孔阻力以及侧面摩擦力的变化情况。结果发现随着侵彻速度的增加,子弹的轴向阻力和弹坑越来越大,动态扩孔阻力以及侧面摩擦力也随之增加。在相同的侵彻速度下,随着侧限约束的增加,轴向阻力和扩孔阻力逐渐增大,更有助于侧面摩擦力的产生。为了定量分析弹坑的形状和大小,准备了 3D光学数字显微镜以观察侵彻实验后的弹坑,并对弹坑的深度和直径进行了统计。基于经验公式和半经验公式,对混凝土靶的坑深进行了比较分析,发现其与实验结果有一定的偏差;并对经典的NDRC公式进行改进,发现混凝土的动态强度随着侧限约束的增加而增强。最后基于量纲分析,提出了一种开坑深度的无量纲公式,并结合数值模拟研究了开坑过程中惯性、靶体强度以及压缩特性随初始应力状态变化而发挥作用的演化过程。基于ABAQUS软件模拟计算了混凝土试样在复杂动载条件下的强度变化以及抗弹阻力特性。在真三轴静载条件下,当试样先被冲击再被侵彻时,由于第一次冲击加载的压实,导致子弹的轴向阻力和扩孔阻力增大,侧向摩擦力减小;当试样先被侵彻再被冲击时,其强度会比单纯动态压缩下的强度低,而且出现了一定的各向异性;当试样同时被侵彻与压缩时,由于耦合作用,其动态强度发生了变化,侧向强度明显降低。该部分的研究为接下来的组合实验提供了一定的指导意义。