近十年中国主要地学科研院所都将高温高压实验研究领域作为重点发展学科方向，加大人才引进力度，促进了地学领域高压物理实验研究的快速发展。本文借《高压物理学报》创刊30周年之际，对最近十年由中国科学家主导的、与地球科学联系紧密的相关高压物理研究成果进行了总结和梳理，所涉及的研究方向主要有：下地幔的有关相变、下地幔矿物中铁的自旋态转变、地核物性、岩石电性测量、矿物电性测量、矿物状态方程、高压谱学、高压扩散、高压超声、硅酸盐熔体物理性质、地质流体等。总体来说，过去十年是中国地学高压物理研究飞速发展的十年，研究成果的数量、重要性和显示度都有较大突破，在国际上占有重要地位。这种快速发展势头仅仅是开始，未来十年将是中国地学高压物理研究发展过程中的关键十年，需要各位同仁共同砥砺前行。

富氢化合物的压致金属化和超导电性是实现金属氢和高温超导体的有效途径，已成为物理学、材料科学等学科的研究热点之一。从应用上看，富氢化合物是潜在的储氢材料，研究高压下富氢化合物结构和性质变化是提升其储氢性能的有效手段。以典型的第二主族氢化物为例，简要地介绍了第二主族氢化物在高压下的实验与理论研究成果，包括高压结构相变、新结构的稳定性以及金属化机制，并探讨不同的氢构型对压致金属化及超导电性的影响。

利用金刚石压腔装置和显微激光双面加热技术，对NaCl-O₂体系在高温高压下的化学反应进行研究。在55 GPa下对样品进行激光加热，使温度达到1 500~2 000 K，然后在常温下对产物进行拉曼光谱测量。测试数据显示，NaCl-O₂体系在上述温压条件下发生了化学反应，产物包括NaO₄、NaCl₃等非传统化合物，以及少量的NaClO₄和中间产物Cl₂。易吸潮的NaO₄黑色粉末在常压下仍稳定存在，其1 384 cm^-1特征振动峰反映其结构中存在带分数负电荷的O-O原子对。斜方结构NaCl₃表现出强的拉曼信号，可分辨出10个拉曼峰，并在卸压过程中于23 GPa左右完全分解为NaCl+Cl₂。实验结果表明，高压有利于O元素和Cl元素以非常规阴离子对或聚阴离子的形式出现，并表现出异于常压和较低压时的化学反应特性。这些特性是否具有普遍性还需要更多的实验体系证实。研究结果为探讨地幔深处氧可能的非常规存在方式提供了新的证据。

采用反向碰撞法与光分析技术，测量了Fe_92.5O_2.2S_5.3(质量分数比)在208 GPa下的声速，发现固态Fe_92.5O_2.2S_5.3的纵波声速在144 GPa下开始减小，直到165 GPa完全转变为液态体波声速，表明样品的完全熔化温度为(3 500±400)K。将该熔化温度作为参考点，应用Lindeman定律并外推至地球内外核边界可知，Fe_92.5O_2.2S_5.3的熔化温度为(5 000±400)K。通过比较Fe、Fe-O、Fe-S以及Fe-O-S的熔化温度，发现O元素对Fe熔化温度的影响很小，S元素对Fe熔化温度的降低与其含量成正比。如果外地核中S的质量分数为2%~6%，则地球内外核界面温度为5 000~5 400 K。

基于二级轻气炮和多通道辐射高温计，测量了45~85 GPa压力范围内NaCl单晶的B2相区、B2-液相混合相区和液相区的高压声速和温度。通过高压声速数据，确定了NaCl单晶的冲击熔化压力区间为58~67 GPa。当压力为67 GPa时，NaCl单晶的冲击熔化温度为3 740 K。计算了NaCl单晶的等熵体模量、Grüneisen系数和定容比热容，对比分析了多种模型对Grüneisen系数高压演化特性的描述。结果显示，根据吴强模型计算的Grüneisen系数不但在液相区与冲击压缩实验结果吻合得非常好，而且在低压区也与金刚石压砧实验结果及有限应变计算结果吻合得非常好。

在激波管中实验研究了二维V形空气/SF₆界面在入射激波和反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展规律。实验中采用细针约束肥皂膜的方法形成了精确可控的V形初始界面，利用高速纹影技术获得了受冲击的V形界面演化图像。通过改变初始V形界面顶角表征初始扰动振幅，获得了不同初始振幅条件下的波系和界面演化。结果表明，不同顶角下，入射激波冲击过后，界面形态表现出明显的差异，进一步导致反射激波冲击后界面形态的多样性。当顶角较小时，反射激波在界面内外引起复杂的波系结构，从而对界面形态及反相现象产生较大的影响。反射激波的二次作用使流场快速进入湍流混合状态，并且顶角较小时流场趋于各向同性发展。对反射激波作用后的界面混合宽度进行了测量，并与理论模型预测结果进行对比，发现理论模型不能很好地预测混合宽度的增长，主要是因为反射激波作用之后流场并没有完全达到湍流混合状态，不符合理论模型的适用条件。

基于三维应变条件下的应力-应变关系，利用Grüneisen物态方程、PUFF物态方程以及Tsai-Hill屈服准则和Johnson-Cook强度模型，建立了正交各向异性复合材料的三维动态本构模型。在此基础上，对一种碳酚醛材料在高能脉冲X射线辐照下所产生的热击波传播现象进行了三维模拟，得到了热击波模拟结果，并将各向异性本构模型与各向同性本构模型的模拟结果进行对比。分析表明，各向异性本构模型不仅反映了固体材料各向异性的特点，而且还能描述材料转变为气体后的动力学行为。模型的建立为各向异性复合材料在脉冲辐照环境下的应用打下重要的理论基础。

基于多晶立方氮化硼(PCBN)的高硬度以及对中子良好的吸收性，选用PCBN作为压砧材料，设计了一种新型外凹式平面压砧以及由钛锆合金、碳纤维管、聚四氟乙烯组成的复合封垫。使用该PCBN压腔，分别利用ZnTe和ZrW₂O₈的相变点对腔体压力进行标定。结果表明：当样品腔体积为9 mm³、负载压力为260 kN时，腔内压力达到9 GPa。高压原位中子衍射实验显示，采用外凹式PCBN压腔得到了无压砧背底信号的铁的高压中子衍射谱。预计通过进一步优化，利用PCBN压腔可获得更高压力(10 GPa以上)下高质量高压中子衍射谱。

基于合理简化假设建立快捷实用的工程分析模型是研究复合靶板抗弹体冲击能力的重要方法。已有弹体冲击陶瓷/金属复合靶板理论模型的形式及计算过程复杂，并且缺少弹体超高速(弹体初速大于1 500 m/s)贯穿复合靶板的实验验证。综合考虑弹体侵彻破碎陶瓷锥体过程中破碎陶瓷强度的下降、弹体初速对破碎陶瓷锥半锥角取值的影响，以及金属背板挠曲变形对弹体侵彻破碎陶瓷锥的影响，基于半流体动力学Alekseevskii-Tate(A-T)模型建立了预测弹体超高速贯穿陶瓷/金属复合靶板残余速度的简化分析模型。通过与实验数据以及基于LS-DYNA有限元分析软件开展的钨合金长杆弹(初速1 800~2 600 m/s)贯穿Al₂O₃陶瓷/RHA钢复合靶板数值模拟结果对比，验证了简化分析模型、数值模型及其相应参数的正确性和适用性。进一步基于简化模型，在总厚度或总面密度一定的条件下，讨论了4种陶瓷面板(Al₂O₃、AlN、SiC、B₄C)和两种金属背板(RHA钢、铝)复合靶板的弹道性能。

在温度范围296~1 273 K、应变率范围0.000 5~6 000 s^-1内, 对93钨合金材料(93%W-4.9%Ni-2.1%Fe)的力学行为进行了系统研究。实验结果表明：钨合金的塑性流动应力对温度和应变率非常敏感，它随温度的降低和应变率的增加而提高；真实塑性应变达到0.6时未出现剪切破坏。针对实验得到的应力-应变关系，分别进行了两种唯象本构模型(JC本构模型和KHL本构模型)和一种基于物理概念的本构模型(PB本构模型)的流动应力拟合。通过误差分析和应变率阶跃实验，对这3种本构模型的预测效果的精度进行了分析和评价。

车轴作为高速列车走行部中的重要部件，不可避免地需承受冲击载荷作用。为研究车轴用42CrMo钢的冲击动态力学性能，对其进行了应变率0.001~4 163 s^-1范围内的压缩实验，结果显示42CrMo钢在高应变率下表现出明显的应变率效应，存在应变硬化以及一定的热软化效应。根据实验结果对Johnson-Cook模型中应变项和应变率项解耦，并引入绝热温升，得到改进的Johnson-Cook模型，改进Johnson-Cook模型能够较好地描述42CrMo钢的动态力学特性，为实际工程结构力学分析提供了参考。

针对复合材料加筋壁板的抗冲击问题，着重考虑筋条形状对其冲击动态响应的影响。通过局部细化的方法分别建立T型、工字型和帽型筋条的复合材料加筋壁板的有限元分析模型，采用黏结接触模拟层与层之间的界面，分析了3种筋条形状的复合材料加筋壁板在低速冲击下的动态响应和损伤情况。根据数值计算结果发现：结构的动态响应与冲击位置的刚度密切相关，T型和工字型筋条复合材料加筋壁板在冲击位置以外的区域发生翘曲；此时T型和工字型筋条的基体拉伸损伤不仅形状相似，而且损伤面积相近；蒙皮与筋条界面相邻两层的铺层角影响分层损伤的面积。

通过建立应力波在圆管中传播的单波模型，引入圆管屈曲过程中壁厚变化修正参数，分析了壁厚沿轴向变化的梯度圆管在受到冲击载荷作用时的轴向屈曲动力响应，并与均匀壁厚圆管进行对比。修正后的单波模型理论结果与数值模拟结果吻合较好。在轴向冲击载荷作用下，与均匀壁厚圆管相比，梯度薄壁圆管具有更好的缓冲作用。

轮轨关系是高速铁路工程领域最重要的研究课题之一，车轮扁疤作为一种主要的轮轨失效形式，严重影响了高速列车运行的平稳性和安全性。利用Hypermesh软件建立了带有扁疤的三维轮轨滚动接触模型，并基于轮、轨钢Cowper-Symonds本构模型，采用LS-DYNA 3D显式算法进行了相应的有限元仿真分析，重点研究了车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应的影响。仿真结果表明：车轮扁疤缺陷引起的最大轮轨垂向冲击力显著大于相应的准静态垂向载荷，最大von Mises等效应力和最大等效塑性应变通常发生在轮轨接触表面；轮、轨钢的应变率效应对轮轨垂向冲击力没有影响，但由于应变率的强化效应，与不计应变率效应的结果相比，基于Cowper-Symonds模型得到的最大von Mises等效应力明显增大，而最大等效塑性应变略有降低；车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应均有显著的影响。研究结果可为轮轨系统的安全性设计与评估提供技术支持。

碳纤维聚合物(CFRP)编织布和环氧树脂胶已被广泛应用于工程结构的外贴抗爆加固。为了了解CFRP布/树脂胶复合成型材料的基本力学性能，系统开展了标准复合条带试件的准静态拉伸力学试验，得到了拉伸应力-应变全过程曲线，并基于试验结果标定了有限元模型的关键材料参数。研究结果表明：CFRP布/树脂胶复合成型材料呈现明显的弹脆性特点，抗拉强度能够达到4 100 MPa，外贴树脂胶能够显著降低CFRP布力学性能指标的离散性，保证CFRP布材料特性的充分发挥；初始树脂粘贴缺陷对条带试件的破坏形态和抗拉性能有显著影响，外贴树脂胶的施工均匀度对加固工程结构的抗爆性能至关重要。

某矿山在下向分层胶结充填采矿法中拟采用新型胶凝原料GSX代替水泥，为了研究爆破振动是否对新型尾砂胶结充填体顶板造成损伤，在爆破振动试验、理论基础分析、实验结果回归分析的基础上，采用FLAC^3D软件模拟了回采进路巷道顶板充填体在爆破振动荷载下的动态响应，对3种方案制备的充填体(水泥胶结充填体、灰砂比为1:6和1:12的新型尾砂胶结充填体、灰砂比为1:8的新型尾砂胶结充填体)的稳定性进行对比。模拟结果表明：当爆破振动荷载相同时，水泥胶结充填体和新型尾砂胶结充填体在x、y、z方向的峰值振速差别不大；灰砂比为1:6和1:12的新型尾砂胶结充填体的振速略大于水泥胶结充填体，且差值在6.8%以内；灰砂比为1:8的新型尾砂胶结充填体的振速略小于水泥胶结充填体。因此，以GSX胶结剂为新型胶凝原料，选用两种充填方案，均可达到原工程爆破设计要求。

为研究酸性乙炔银作为光敏炸药用于模拟X射线热-力学效应的可行性，开展了酸性乙炔银涂层的闪光起爆性能研究。根据酸性乙炔银的基本性能和实验测定的感度，分析其光起爆作用机制，开展了酸性乙炔银涂层的爆轰性能测试，并实现了高压脉冲闪光条件下的大面积起爆。研究结果表明：酸性乙炔银是一种相对安全的光敏感炸药，在喷涂层表面的爆轰传播速度较低，可作为低过载瞬态加载源使用；在低密度条件下，其爆炸比冲量与喷涂层的面密度近似呈线性关系。

对落锤实验装置进行改进，由落锤直接撞击炸药样品改为使落锤先撞击上击柱，再由上击柱对颗粒炸药样品进行加载。采用改进的落锤实验装置，结合高速数字相机和PVDF压力计测量，实时记录了以HMX为基的黏结炸药在低速撞击条件下的响应过程图像及其压力变化过程。结果表明：非均匀炸药在低压长脉冲加载下基本都要经历压实→塑性扩展→颗粒破碎→形成局部高温区域→点火→燃烧→熄灭的典型非冲击点火过程，但由于炸药在细观尺度上存在不均匀性，导致相同实验条件下不同样品中局部高温区域点火出现的位置、持续时间以及反应强度都存在差异。