浅论钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究

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1、中国科学院武汉岩土力学研究所博士学位论文钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究姓名：张家铭申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：汪稔20040601摘要摘要钙质砂是分布于热带海洋中的一种特殊岩土介质，由于其成因和组构上的特点导致其物理力学性质与常规的陆源砂有所区别。钙质砂质脆，与石英砂比较起来，在较低应力水平下就会产生颗粒破碎。而海洋工程的一些构筑物往往十分庞大，作为地基的钙质砂承受的应力水平很高，因此常伴有大量的颗粒破碎产生。实践证明，颗粒破碎是影响钙质砂力学性质的主要因素，因此对钙质砂在高应力水平

2、下的颗粒破碎研究就显得十分重要。目前，国内对钙质砂的研究主要集中在低应力水平下的静、动力学性质上，对高应力水平下的工作开展甚少，而对颗粒破碎的研究则更不多见。本文在大量力学性质试验的基础上，结合前人的研究成果，对钙质砂基本物理力学性质进行了阐述。钙质砂颗粒容易发生破碎是缘于其颗粒的低强度，基于此笔者对钙质砂的颗粒强度进行了测试，结合一维压缩试验，对钙质砂特殊的压缩机理进行了探讨，并就颗粒破碎的影响进行了详细分析。这对于进一步发展和完善钙质砂力学性质研究，指导处于海洋环境中钙质砂的实际工程设计、施工与安全

3、性检查，促进颗粒破碎的研究水平，都具有重要的意义。主要工作如下：首先，在综述钙质砂研究历程的基础上，对本次试验所用钙质砂的基本物理性质及试验过程进行了阐述。根据试验目的和要求，设计研制了颗粒强度测试装置，并对不同粒径的钙质砂颗粒强度进行了测试。运用Weibull提出的脆性材料强度的统计公式对实验数据进行了处理。试验结果表明，钙质砂颗粒强度符合Weibull分布特征，并且随着颗粒粒径的增大而逐渐降低。在对钙质砂大量不同终止压力下一维和等向压缩试验的基础上，阐述了钙质砂的压缩特性；结合不同粒径的钙质砂一维压

4、缩试验与相对应的钙质砂颗粒的强度，对其压缩机理进行了探讨：在大量剪切试验的基础上对钙质砂的剪切和强度特性进行了分析。颗粒破碎是本文研究的另一个重点，笔者对所有试验后的试样进行了颗粒大小分析试验，运用Hardin提出的相对破碎对压缩和剪切作用下的破碎特性进行了描述，并就相对破碎与应力水平、应变关系进行了探讨：就颗粒破碎对钙质砂宏观力学性质的影响进行了分析，对颗粒破碎与塑性功、剪胀、应力应变、强度之间的关系进行了研究。最后，对本文的研究成果进行了总结，并就钙质砂研究方向作了展望。关键词：钙质砂，颗粒破碎，力

5、学性质，影响，颗粒强度，室内试验ABF嗽(可StudyonthefundamentalmechanicalcharacteristicsofcalcareoussandandtheinfluenceofparticlebreakageJia-mingZhang(GeotechniqueEngineering)DirectedbyProf．RenWang～bstract：Calcareoussandisaspecialmarinegeotechnicalmedium，whichhasunexpected9

6、hysicalandmechanicalpropertyduetoitsoriginandfabric．Andcalcareoussandgenerally-onsistsoftheremainsofmarineorganisms，whichtendtocrushrelativelyeasilyunder10ad，：omparedtoterrigenousmaterials．Wlliletheo￡￡shereconstructingstructuresareoftenvery．argeandthestr

7、essinthefoundationisveryhigh．Insuchcase，thepaniclecrushingofsand【sverysignificant．Itisdemonstratedthattheparticlecrushingisamainfactoraffectingthe3ropertyofcalcareoussand．Soitisveryimportanttostudytheparticlecrushingof=alcareoussandunderhighstresslevels．

8、Currently,inourcountrythestudyonthecalcareous；andhasbeenconcentratedonthebasicstaticanddynamiccharacteristicsatlowpressure，^,hiletheresearchunderhighpressureandpaniclecrushingisnotsomuch．Intllisstudy,serialsofcompressionan