随着我国南海海域工程的开发与建设,岛礁工程备受关注,为降低成本,遵循就地取材原则,岛礁工程采用钙质砂作为重要的建筑材料,进而其物理力学性质成为领域内研究的热点和难点。随着研究的深入展开,钙质砂特殊的剪切特性引起了国内外学者的高度关注。目前,对于钙质砂剪切特性的研究已经取得了丰硕的成果,钙质砂作为一种颗粒材料,颗粒粒径对其剪切特性亦存在显著影响,而颗粒粒径将对其剪切特性产生何种影响,目前仍鲜有研究,因此,对不同粒径钙质砂剪切特征的精细化研究仍十分必要。本文以南海某岛礁钙质砂为研究对象,针对钙质砂进行了一系列的室内物理力学性质试验研究,重点研究了钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应,并深入认识钙质砂颗粒之间相互作用形式及其力学性状的尺寸效应,论文主要内容及结果如下:(1)研究分析了钙质砂的基本物理性质,对钙质砂试样进行了颗粒分析试验、比重试验、相对密实度试验和电镜扫描试验,测得了其基本物理力学性质指标,其中颗粒分析试验结果发现钙质砂合适的振筛时间为20 min,属于粉砂;通过电镜扫描试验发现钙质砂颗粒表面存在较多大小不一且分布不均匀的孔隙。(2)为研究不同粒径和不同围压条件下钙质砂的剪切特性,对六组单一粒径组(5-2mm、2-1 mm、1-0.5 mm、0.5-0.25 mm、0.25-0.075 mm、小于0.075 mm)钙质砂松样(相对密实度D_r=30%)和密样(相对密实度D_r=70%)进行不同围压(50 k Pa、200 k Pa、400k Pa、800 k Pa)条件下的三轴固结排水剪切试验。研究结果表明:在粒径为5-0.075 mm范围内,对松样而言,围压对软化特征和剪胀特征存在显著影响,但与粒径不存在显著相关性;对密样而言,随粒径逐渐减小,围压对试样软化特征的影响逐渐增强,而对试样剪胀特征的影响逐渐减弱。(3)基于三轴剪切试验结果,引入应力相对软化系数和剪胀系数对应变软化特征及剪胀特征进行定量表征,发现对不同粒径钙质砂而言,随围压增大,试样应变软化特征及剪胀特征逐渐减弱,且围压与应力相对软化系数和剪胀系数均呈半对数线性相关随围压的增大,不同粒径钙质砂试样应变软化特征及剪胀特征逐渐减弱,且围压与应力相对软化系数和剪胀系数均呈半对数线性相关。不同粒径钙质砂试样存在一强度临界围压和体变临界围压分别使得应变软化特征和剪胀特征消失。(4)对钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应的细观产生机制进行讨论,结果表明在同一相对密实度条件下,临界围压可认为由试样自身颗粒粒径和颗粒自身破碎强度共同决定,可初步定性地认为,粒径愈小,临界围压将愈大,颗粒愈易破碎,临界围压愈小。在低围压(50 k Pa)条件下,0.5-0.25 mm粒径组试样破碎最显著。