高压力学研究在材料学领域和地学领域掀起了交叉科学研究的热潮，为高难度材料制备、材料力学性能改善、地震波各向异性成因及地球内部动力学过程研究等科学问题提供了解决方案。针对高压力学领域的研究方法，介绍了金刚石对顶砧结合X射线径向衍射法、旋转型金刚石对顶砧施加剪切应变法、高压扭转型压机施加剪切应变法、D-DIA型大腔体压机形变法和冲击压缩产生塑性形变法及其研究进展，展示了压应力与剪切力的耦合作用在调控材料的结构、性能及宏观力学行为方面的独特效应，揭示了高压力学研究的价值与应用潜力。

固体氢金属化所需的压强超过400 GPa，这种超高压条件给固体氢的实验制备和表征带来了极大的挑战。为此，利用第一性原理计算方法，系统研究了固体分子氢在非静水压强下的结构和物性演化。研究发现，在非静水高压条件下，固体分子氢具有良好的结构稳定性。非静水压条件将导致固体氢晶格的对称性破缺和电荷的重新分布，使固体分子氢在较低压强下（如压强低于300 GPa）转变为金属和超导体。据此提出了引入各向异性非静水压环境从而在较低压强下获得金属氢和高温超导氢的新思路。

碲基双钙钛矿材料具有光电特性良好、带隙可调、环境友好等优点，已成为一种应用潜力巨大的光吸收材料。为进一步调控碲基双钙钛矿材料的光学性能，选取了一种典型的碲基双钙钛矿Cs₂TeBr₆，利用金刚石对顶砧高压装置及多种原位高压测量手段，对其结构与性能的关系进行了深入研究。实验结果表明，在0～51.0 GPa压力范围内，Cs₂TeBr₆的晶体结构发生了从立方相（$Fm \overline 3 m$）到四方相（P4/mnc）的结构相变，相变由高压下八面体[TeBr₆]⁴⁻的倾斜变形所致。同时发现，高压下Cs₂TeBr₆的带隙随压力的升高而减小，并在14.0 GPa附近出现拐点，拐点的出现意味着结构相变开始。研究结果有助于建立Cs₂TeBr₆的晶体结构与光学性质之间的关系，为调控碲基钙钛矿的物性提供非常有价值的参考。

强冲击荷载下材料的微介观动态行为是动态压缩科学中的重要研究内容，但长期以来由于缺乏原位动态跨尺度表征技术而进展缓慢。以同步辐射为典型代表的先进X射线光源的出现为该问题的解决提供了革命性的机遇与挑战。依托同步辐射光源，近年来对强冲击荷载下材料的动态变形、损伤失效、固-固相变、熔化等问题研究取得了重要突破。聚焦基于同步辐射的强冲击荷载下原位诊断技术及其应用研究进展，简要介绍了同步辐射光源的特性、同步辐射光源与动态加载装置的结合、相关仿真计算方法的发展以及典型科学问题的应用。

宇宙中诸如天王星、海王星等冰巨行星的数量繁多，理解冰巨行星的内部结构与局部反应过程对于建立统一的行星演化体系具有重要意义。近几十年来，随着模拟计算方法、实验加载与诊断技术的不断发展，与冰巨行星内部相关的多个物理问题研究取得了突破性进展，如“超离子态水”、“钻石雨”等现象不再不可捉摸。聚焦冰巨行星相关物理问题，简要介绍并讨论了极端状态下的高压状态方程和微观物理过程的理论及实验研究进展，包括相关实验平台与配套技术的发展情况，并对该领域的未来发展方向提出了展望。

针对熔体急冷法制备的非晶硒样品，开展了压力对非晶硒玻璃化转变温度和过冷液相区影响的实验研究。在活塞圆筒高压模具上开展差热分析，测得了0.1～1700 MPa压力范围内非晶硒的玻璃化转变温度$ {T}_{\text{g}} $和晶化温度${T}_{x}$，拟合出玻璃化转变中点温度$ {T}_{1/2,\text{g}} $与外推起始晶化温度T_el,x随压力p的变化关系：${T}_{1/2,\text{g}}\left(p\right)=$ $322+0.046\,2p$，${T}_{\mathrm{e}\mathrm{l},x}\left(p\right)=398+0.030\,2p$，其中，$ {T}_{1/2,\text{g}} $和T_el,x的单位均为K，p的单位为MPa。$ {T}_{1/2,\text{g}} $和T_el,x均随压力的增加而升高。由于T_el,x(p)的斜率小于$ {T}_{1/2,\text{g}} $(p)的斜率，导致过冷液相区的温度范围随着压力的增加而变窄。在六面顶压机上开展差热分析，测得了2000～4500 MPa压力范围内非晶硒的晶化温度。结合活塞圆筒实验结果，发现了非晶硒的晶化温度随压力的变化规律：在0.1～1700 MPa范围内，晶化温度随压力的增加而升高；在2000 MPa以上，晶化温度的上升速率随压力的增加明显降低。当压力引起非晶硒的微观结构变化时，T_g(p)与T_x(p)曲线的斜率变化发生在相近的压力下，结合实验结果—T_x(p)的斜率变化出现在2 GPa左右，因此，推测T_g(p)的斜率变化可能出现在2 GPa左右。大腔体高压装置实验获得的转变点压力与以往报道的金刚石压砧实验结果不一致，可能与这两类实验中玻璃化转变温度、晶化温度的测量方法不同及压力测量误差有关。

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性，在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而，作为高空飞行器表面结构材料，碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题，严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈钢超薄带即手撕钢为原材料，采用铺层固化的方法，设计了不同裁剪形状的手撕钢与碳纤维铺层的“碳纤维-手撕钢”复合材料，并对其在电流驱动下的力学性能和除冰功能进行研究。研究表明，手撕钢不仅能够改善复合材料内部的应力分布，提升力学性能，而且由于手撕钢的电流致热效应，能够实现复合材料的温度调控，从而进一步改善材料的强度和吸能特性。此外，手撕钢的裁剪宽度对于调控电流通路及其致热效应具有重要影响，是优化材料力学性能和除冰功能的关键因素。研究结果对于“碳纤维-手撕钢”复合材料的力学设计和电流驱动除冰功能实现具有一定的指导意义，并有望在航天航空等领域得到重要应用。

为研究负压爆炸载荷作用下结构的动态响应，以固支钢板为防护工程的简化单元，开展了负压爆炸实验，探究固支钢板在负压爆炸载荷作用下的变形规律，分析不同负压环境下固支钢板的极限应变和失效条件。采用AUTODYN对负压爆炸载荷作用下固支钢板的动态响应进行数值模拟，通过对比实验结果，验证了数值模拟结果的准确性。结果表明：随着初始环境压力的下降，相同爆距下钢板中心点的最大挠度和最大速度减小；负压爆炸载荷作用下，钢板整体出现塑性大变形，迎爆面形成凹坑，钢板四周在垂直于固支边界指向钢板中心的方向上出现明显的拉伸变形，钢板边缘区的挠度变化基本相同，中心点的最大挠度随着环境压力的下降而减小。通过双向应变假设，确定了钢板的动态极限应变为0.269。建立了负压环境下炸药爆炸冲击波的反射比冲量公式，并对基于刚塑性假设和能量准则提出的失效判据进行检验。研究结果可为负压环境下爆炸空气冲击波威力等效评估、高原环境下目标毁伤评估提供参考。

为进一步揭示不同含水状态陡倾裂隙砂岩的裂纹扩展规律及破坏特征，开展了干燥、自然与饱水3种含水状态下陡倾裂隙砂岩的单轴压缩试验，采用声发射技术和数字图像相关技术，分析了不同含水状态对裂隙砂岩力学特性、声发射特性及裂纹演化特征的影响。结果表明：水的存在对裂隙砂岩的抗压强度、弹性模量及峰值应变具有明显劣化作用，随着含水率增加，各力学参数呈现出近线性递减的变化趋势；不同含水状态下裂隙砂岩的宏观破坏模式均表现为H形张拉-剪切混合破坏，且张拉裂纹随含水率的增加而增多，次生裂纹也主要以张拉裂纹的形式扩展；裂隙砂岩的声发射能量计数随含水率的增加逐渐削弱，累计能量曲线呈现出明显的阶段性特征，且不同含水状态下其分布特征差异明显，结合声发射与数字图像相关技术两种分析方法，有助于从宏细观角度揭示裂隙砂岩的裂纹演化规律，依据应变局部化带可有效预测裂纹萌生与扩展方向，含水率的增加加快了裂纹萌生速率，减缓了加载后期裂纹扩展速率；基于声发射参数的微裂纹分析结果与宏观破坏模式基本一致，不同含水状态对裂隙砂岩拉剪裂纹的影响差异明显，含水率的增加促进了裂隙砂岩内部张拉裂纹的发育，进而抑制了剪切裂纹的发育。研究结果可为受水影响下裂隙岩石的稳定性评估及监测研究提供相关参考。

常规爆炸伴随着显著的电磁效应，能够对爆炸测试产生干扰，也可以作为一种无接触手段测试爆炸冲击场。研究爆炸电磁效应具有重要的工程应用价值。采用示波器、天线、高速摄像机组成的测量系统对100、200 g药量RDX爆炸电磁辐射进行了5组不同距离测量实验，记录2 ms的电磁辐射信号并对RDX爆炸产生的电磁辐射进行分析。结果表明，RDX爆炸电磁辐射信号主要分为3种时段：重复性强的30 μs附近典型特征峰；同组重复性强、不同组重复性一般的30～200 μs后续特征峰；200 μs后无明显重复性的脉冲信号。结合爆炸高速影像发现，爆炸电磁辐射信号与爆轰产物状态有较强关联，典型特征峰以及后续特征峰主要是爆轰前期剧烈反应使爆轰产物电离产生的信号。利用天线系数反演电场强度曲线，分析药量、距离与电场强度之间的关系，发现对于典型特征峰：同药量下，电场强度随着距离成指数下降；同距离下，200 g药量比100 g药量爆炸产生的电场强度大。

单轴抗压强度作为胶结充填体重要的力学性能指标，通常使用传统的力学试验来确定。使用鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm，WOA）对极限梯度提升模型（XGBoost）进行优化，建立了WOA-XGBoost混合模型。以某铅锌矿充填料浆配比试验得到的80组数据作为数据库，选取固体质量分数、水泥占比、尾砂占比及养护天数作为输入参数，充填体试块抗压强度作为输出参数。为了与WOA-XGBoost模型进行比较，还构建了XGBoost、RF和WOA-RF模型。结果表明：WOA-XGBoost模型的决定系数为0.965 0，均方根误差为0.207 4，平均绝对误差为0.170 3；XGBoost模型的决定系数、均方根误差、平均绝对误差分别为0.897 1、0.408 4和0.246 7。可见，鲸鱼优化算法能够显著提高XGBoost模型的预测能力。相比XGBoost、RF和WOA-RF模型，WOA-XGBoost混合模型具有更高的预测精度。研究结果对于胶结充填材料的设计和配比优化具有重要意义。

为研究氧化铝陶瓷在冲击载荷作用下的裂纹演化过程，对平台圆盘陶瓷开展动态巴西劈裂的离散元数值计算研究。利用离散元颗粒流软件建立陶瓷试件冲击加载实验的数值计算模型，分析了不同倾角（预制裂纹与加载方向的夹角）的试件在冲击载荷下的裂纹演化过程和破坏形式，并结合复合型裂纹尖端的应力场分布分析了翼型裂纹起裂和扩展规律。研究结果表明：平台圆盘试件的裂纹首先产生于中心部位，之后次生裂纹从圆盘边缘处萌生扩展，试件最终呈现拉伸破坏模式；离散元模拟结果与基于分离式霍普金森压杆装置的动态巴西劈裂的实验现象吻合；预制裂纹倾角为0°～60°时，改变倾角可以产生介于Ⅰ型与Ⅱ型裂纹之间的复合型裂纹，试件上主裂纹从预制裂纹尖端处成核扩展，表现为翼型裂纹扩展类型（扩展的曲率逐渐趋于零）；试件裂纹的起裂角度随着预制裂纹倾角的增加而增大，起裂应力呈现先降低后升高的趋势；当预制裂纹倾角为30°时，试件最易发生开裂。

通过数值模拟，研究了有无地应力条件下深部岩石爆破过程中裂纹扩展与不耦合装药系数之间的关系。模拟结果表明：初始地应力对爆破裂纹产生和扩展的影响较大；粉碎区半径、裂隙区半径、径向裂纹扩展最大长度以及炮孔孔壁应力峰值均随不耦合装药系数的增大而降低。通过动焦散相似试验，根据不同不耦合系数对应的径向裂纹扩展长度，构建了径向裂纹扩展长度与不耦合系数间的关系式，关系式与试验结果的拟合度达0.974。深部岩体爆破开挖过程中，可根据径向裂纹扩展长度与不耦合系数之间的关系设计爆破参数，以达到高效率爆破开采的目的。研究结果可为矿山深部高效率爆破开采提供一定的参考。

为探究六亚甲基四胺含量对铵胺炸药性能的影响，采用质量分数为5.5%、6.5%、7.5%、8.5%、9.5%的六亚甲基四胺制备5组铵胺炸药。通过黏度分析仪、计时仪、爆速测试仪和热分析技术，对铵胺炸药的交联时间、爆速以及热分解过程进行研究。实验结果表明，当六亚甲基四胺的质量分数从5.5%增加至9.5%时：铵胺炸药的交联速度逐渐放缓，交联时间由7 h延长至13 h；爆速由3552 m/s上升至4070 m/s，而后下降至3663 m/s；六亚甲基四胺含量对铵胺炸药的热分解过程没有明显影响，铵胺炸药的表观活化能由93.71 kJ/mol上升至124.71 kJ/mol，热安定性得到提升。

开展了不同反应活性的2H₂+O₂+nAr气相爆轰波与圆柱形障碍物相互作用的实验研究。通过在管道顶部布置压电式压力传感器记录压力到达时间，并以此计算爆轰波传播速度。采用纹影技术和烟迹法记录爆轰破坏到再起爆全过程的波系及胞格结构。结果表明：爆轰波在障碍物上游接触障碍物时会发生反射；越过障碍物后，在障碍物下游会发生衍射。爆轰波越过障碍物时，受障碍物尾部膨胀波的影响，爆轰波衰减解耦，但随着从圆柱形障碍物两侧绕过的衍射激波在障碍物后轴线和管道中心轴线处碰撞，继而发生马赫反射以及入射激波与下游管道壁面碰撞发生马赫反射，完成再起爆过程。直径较小的障碍物造成的爆轰波能量损失较少，其胞格爆轰波的再起爆距离随障碍物直径的减小而缩短。针对不同直径障碍物的实验结果均表明，随着初始压力升高，预混气体反应活性增加，爆轰的自持稳定性增强，从而削弱了障碍物几何尺寸的影响，有利于减弱爆轰的衰减并缩短再起爆距离。在所研究的障碍物几何尺寸下，通过测量爆轰再起爆距离，建立了不同比例Ar稀释下的2H₂+O₂在圆柱形障碍物后的再起爆距离与圆柱垂直间距及胞格尺寸的关系。

为保证砂泥岩互层岩质边坡在爆破振动作用下安全稳定，需明确爆破振动在砂泥岩互层岩质边坡中的衰减规律。为此，以平陆运河青年枢纽一期工程为依托，通过开展现场爆破试验，对比分析高程效应修正前后爆破振动衰减模型的拟合结果，深入研究砂泥岩互层岩质边坡的爆破振动衰减规律。结果表明：边坡岩体在爆破振动作用下的最大位移会产生高程放大效应，最终位移可能不为零；考虑高程效应的爆破振动衰减模型较未修正的萨道夫斯基公式的拟合精度更高，岩质边坡的爆破振动衰减规律应考虑高程效应；受层理倾向和倾角的影响，砂泥岩互层岩质边坡的爆破振动衰减规律存在差异，建立不同层理下的爆破振动衰减预测模型是后续重要的研究方向。

为研究后施工隧道爆破开挖对邻近隧道的影响，以格鲁吉亚E60高速公路隧道为工程背景，通过对大断面浅埋双线隧道爆破开挖进行数值模拟，探究爆破荷载对不同间距、不同埋深、不同围岩等级的邻近隧道振速的影响。结果表明：爆破荷载以后施工隧道掌子面为中心向四周围岩传播；在邻近隧道距爆源前方5 m的断面处围岩振速达到最大值，邻近隧道中爆源前方振速大于后方振速，且迎爆侧振速远远大于背爆侧振速，迎爆侧振速衰减速率大于背爆侧振速衰减速率，邻近隧道拱腰受到爆破荷载的影响最明显；邻近隧道围岩的x方向振速最大，z方向振速次之，y方向振速最小；不同条件下隧道间距、隧道埋深和围岩等级均与邻近隧道围岩及初期支护振速成反比，其中围岩等级对邻近隧道爆破的影响最显著。

服役中的隧道结构通常存在初始裂损，当遇到爆炸作用时，隧道结构性能会受到影响。利用多级背景网格物质点法对爆炸作用下带裂损的地铁隧道的二次损伤响应规律进行了数值模拟。结果表明：在爆炸作用下，初始裂损的存在会导致衬砌结构的刚度下降，轨行区底板产生更大范围的损伤，二次损伤面积增大34.2%，此外，初始裂损会加快隧道结构的损伤速度。初始裂损的深度和长度会显著改变隧道结构及围岩的动力响应，随着衬砌裂缝深度增加，轨行区底板二次损伤面积近线性增加，当裂缝深度为衬砌厚度的一半时，围岩等效塑性应变峰值的增速最快；随着衬砌裂缝长度的增加，轨行区底板二次损伤面积、围岩塑性应变峰值和位移峰值逐渐增大，但增速逐渐减缓。