论文总字数：17110字

摘 要

钙质砂具有碳酸含量高，比重大，孔隙率高等几个重要特征，导致其在剪切或压缩的过程中，颗粒内部容易发生破碎，且呈现出明显的各向异性，工程性质较差，其混合物的力学特性难以判断。我国海南省以及以色列等海湾国家大量的工程实际中，存在钙质砂中混合海泥的情况，如旋喷桩，搅拌桩施工等。目前国内外对含泥钙质砂的研究基本上处于空白，很难为工程上的实际应用提供理论上的指导，为解决这一实际问题，本文将研究在水泥含量为12%时，四种不同的砂粒级配，0%、10%、30%、50%、70%五种不同海泥含量的含泥钙质砂的单轴抗压强度，分析其应力应变数据及实验现象，研究砂的级配，海泥含量以及砂的种类对试样单轴抗压强度的影响。研究表明当钙质砂水泥土中海泥含量为30%时，含泥钙质砂的单轴抗压强度将达到最大。

关键词：钙质砂；海泥含量；砂级配；单轴压缩实验；

Abstract

Calcareous sand has several important characteristics, such as high carbonic acid content, large specific gravity, and high porosity. As a result, during the process of shearing or compression, the granules are prone to breakage, and show obvious anisotropy, and the engineering properties are poor The mechanical properties of the mixture are difficult to judge. In a large number of projects in the Hainan Province and Israel and other Gulf countries, there is a mixture of sea mud in calcareous sand, such as rotary jet piles and mixing piles. At present, the research on muddy calcareous sand at home and abroad is basically blank, and it is difficult to provide theoretical guidance for practical application in engineering. In order to solve this practical problem, this article will study four different types when the cement content is 12% Sand gradation, the uniaxial compressive strength of mud mud calcareous sands with different sea mud contents of 0%, 10%, 30%, 50% and 70%, analyze the stress and strain data and experimental phenomena, and study the sand The effect of gradation, sea mud content and sand type on the uniaxial compressive strength of the sample. Studies have shown that when the sea mud content in calcareous sand cement soil is 30%, the uniaxial compressive strength of muddy calcareous sand will reach the maximum.

Keywords:Calcareous sand; Sea mud content; Sand gradation; Uniaxial compression experiment;

目录

1.绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 钙质砂 1

1.3钙质砂的国内外研究现状 2

1.3.1国外钙质砂的研究现状 2

1.3.2国内钙质砂的研究现状 3

1.4本文研究的主要内容 4

2. 实验材料和实验布置 5

2.1钙质砂的特性 5

2.2 海泥的特性 5

2.3 水泥土的固化原理 6

2.4海泥钙质砂水泥块制作 6

2.4.1实验材料 6

2.4.2试样级配及配合比 7

2.5制样方法 8

2.5.1 试样质量确定 8

2.5.2制样流程 10

2.6 室内试验介绍 10

2.6.1实验仪器介绍 10

2.6.2实验方案及步骤 11

2.7本章小结 12

3.实验结果及分析 13

3.1钙质砂及标准砂单轴压缩实验结果 13

3.2钙质砂的力学特性分析 18

3.2.1同级配钙质砂和石英砂试样抗压强度对比 18

3.2.2相同海泥掺量不同级配钙质砂试样抗压强度对比 19

3.3海泥钙质砂的力学特性分析 20

3.3.1不同含泥量试样单轴抗压强度对比 20

3.3.2不同含泥量试样单轴抗压破坏应变对比 21

3.4 试样破坏形态 22

3.5本章小结 25

4.总结 26

致 谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

选题背景

海上丝绸之路是习近平总书记于2013年的10月份访问东盟的时候提出的一个伟大战略构想。它在中国经济文化发展的新世纪中发挥了十分显著的作用。与此同时，岛屿和礁石已经成为开发和利用海洋资源的重要工程载体。特别是随着中国“一带一路”的发展，沿途的基础设施建造都在一定基础上出现岩土工程上的问题。比如在非洲的圣多美机场以及马来西亚东帝汶集装箱码头等项目岛屿建设过程中，如果从内陆运输陆源石英砂至海边换填将使建造成本大大增加，此时只能另辟蹊径，就地使用当地的珊瑚礁砂进行施工作业，就能很大程度上节约成本。

在珊瑚礁上修建工程始于第二次世界大战期间，上个世纪40年代中期，美国军方在太平洋上建造了长约2300米的陌陌特机场跑道。但人们对珊瑚礁砂特性的研究在实际工程之后才开始。在1965年，阿拉伯的石油勘探过程中第一次遇到了由于珊瑚礁砂而引起的地质问题，但此时人们没有思考是否是由于珊瑚礁砂而引起的地质问题。在此之后的世界各地海上石油平台建设中，由于珊瑚礁砂的存在而频繁的造成事故，还给建造方造成了巨大的损失，这时，各国学者和专家才开始研究珊瑚礁砂的性质^[1]。

目前国内外关于陆相石英砂的单轴压缩实验已经有了长足的研究，但对于珊瑚礁钙质砂的研究基本上处于空白，本文使用取自我国南海海域的钙质砂和海泥进行研究，是一创新点。

钙质砂

钙质砂的主要分布区域在南纬30°到北纬30°之间。它在中国南海诸岛，澳大利亚西部大陆架，中美洲水域，北美佛罗里达水域和阿拉伯海湾南部被发现有分布。珊瑚礁主要由两部分组成，面层由疏松的礁石组成，其余部分是礁石石灰石。疏松礁石层的主要成分就是钙质砂，钙质砂主要由方解石，白云石和文石等矿物成分组成，化学成分主要为CaCO₃。由于分布地区不同，我国南海区域钙质砂的组成也不相同，比如西沙群岛区域的成分基本上全为CaCO₃，而位于南海北部地区钙质砂的成分除了CaCO₃以外，任含有其它成分；由于钙质砂有着多孔的生物结构且其硬度远低于陆地石英砂，因此钙质砂的颗粒更容易破碎；余克服等在仔细研究了南沙信义礁等环礁的珊瑚礁砂后，发现具有相同地貌的区域的珊瑚礁砂都拥有类似的沉积特征，而不具有相同地貌的区域的珊瑚礁砂的沉积特征则有较大差异，集中表现在珊瑚礁砂颗粒的生物和粒径组成^[2]。

1.3钙质砂的国内外研究现状

1.3.1国外钙质砂的研究现状

Coop^[3]研究表明，钙质砂具有的可压缩性与粘土有一定的相同之处，当其所受应力水平超过一定值的时侯，就会拥有于粘性土的压缩特性，这是由于钙质砂的压缩特性受颗粒破碎的影响。同时钙质砂倾向于具有固定的体积和固定的应力差方向（临界状态）。

Pham Huu Ha Giang^[4]研究表明对于静态和动态土壤分析土壤小应变剪切模量是所必需的，并且通常与取决于土壤级配等级的其他土壤特性（例如密度和空隙率）相关。首先进行颗粒形状的分析，发现石英砂比钙质砂更加球形，且钙质砂在颗粒破碎后会变得更加球形。弯曲单元的测试结果表明，不仅仅是均匀系数，而且颗粒特性（包括颗粒形状和刚度）对于小应变剪切模量也是十分重要的。同时还发现钙质砂的低应变剪切模量比石英砂高。确实，由于钙质砂球形度较小而角度较大，所以钙质砂中颗粒形状的变化为剪切波的传播提供了更好的介质。测试结果表明，对于钙质砂而言，颗粒形状是影响小应变剪切模量的主要因素。而对于具有更大球形度和较小角度的颗粒，发现其动态刚度较小。同时还发现均匀系数的增加或较细的颗粒（低均匀系数）将导致小应变剪切模量降低。

Habib Shahnazari^[5] 通过对各向同性且压缩量为0.1.1.5mpa的钙质砂样品进行实验研究，发现在无偏心载荷的条件下，密度对钙质砂的颗粒破碎和颗粒破碎率的影响更大。密集样本相对较低。这是由于相对密度如果越大，平均接触应力就会随着相对密度的增加而逐渐减小。他还发现，疏松钙质砂样品中的颗粒破裂与围压密切相关。增大结合力将加剧钙质砂的破裂。实验表明，在1000kpa的围压下，HI砂的破碎并不明显，但在高应力下，裂缝会迅速增大，但由于压力的作用，BP砂的主要颗粒小于HI砂。在BP砂中，颗粒破碎主要发生在650kpa以上。实验结果表明，每个钙质砂都有一个阈值，代表了主要颗粒破碎的开始。该值可以视为沙粒的屈服强度，该点也称为e.logp曲线上的最大曲率点。在HI和BP砂的屈服点之后，孔隙率将迅速降低。 HI砂的屈服强度大于BP砂的屈服强度。实验结果还表明，BP砂砾比HI弱，并且不能抵抗施加的载荷。他还通过三轴测试发现BP砂的强度远小于H砂的强度。在该测试中，当轴向应变达到25％时，测试的最终指标良好。 BP砂具有良好的收缩性，并且在高围压下不会溶胀。实验还对初始围压对BP砂和HI砂颗粒破碎的影响进行了研究。与各向同性压缩相似，较高的围压会加剧砂粒的破碎，而BP砂粒的破碎比HI砂高。在钙质砂各向同性压缩的试验中，随着相对密度的增加，颗粒的破碎会逐渐减少。但是，在钙质砂样品的排水三轴试验中，拥有与上述不同的结果，随着相对密度的增加，样品的颗粒破碎不仅不会减少，反而会逐渐增加。

1.3.2国内钙质砂的研究现状

王志新^［6，7］在实验室测试了钙质砂的压缩变形。实验研究了具有不同的相对密实度，不同的板型以及不同水条件下的石灰岩砂土的变形特性及其承载力。比较和分析了石英砂和钙质砂的力学特性差异：结果显示在压实度相同的情况下，钙质砂相比于普通石英砂具有更大的承载力以及更大的变形模量。研究还发现钙质砂的承载能力会因为其相对密实度的增加而随着增加，且破坏过程中的形变量将明显减少。同时在相同密度的情况下，干燥钙质砂的承载力和变形模量均远高于饱和状态下的钙质砂。

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