钙质砂广泛分布于纬度较低的海域,如我国南海海域,是一种碳酸钙含量50%以上、海洋生物成因的、颗粒形状不规则的粒状材料,在高应力水平作用下容易产生颗粒破碎现象。基于钙质砂这一特殊的砂土材料,国内外相关领域学者相继开展了大量试验研究。试验结果表明,颗粒破碎是影响钙质砂物理力学性质的主要因素。本文基于取自我国西沙群岛永乐环礁晋卿岛的钙质砂样本,做了以下三方面工作,对钙质砂宏细观破碎力学特性做了试验探究,具体的内容和结论如下：1.使用电子显微镜(SEM)获取不同粒径组钙质砂颗粒的几何投影图像,利用图像处理软件ImageJ对图形进行像素处理,获取单元颗粒形状轮廓边界,定义圆度、环径比、磨圆度以及粗糙度4个参数,对钙质砂颗粒形状进行量化分析。通过比对大粒径(粒径大于2 mm)、中间粒径(粒径介于0.5 mm-2 mm之间)和小粒径(粒径小于0.5 mm)钙质砂形状微观图像分析结果,发现大、小粒径钙质砂形态更接近圆形、颗粒表面相对光滑；而中间粒径的钙质砂颗粒形状较不规则,表面棱角较多。这可能是由于中间粒径砂镶嵌于大、小粒径钙质砂之间,在搬运、侵蚀以及移动过程中发生较少磨损和破碎,而保持了较好的原状性。另外,对钙质砂颗粒在电镜扫描下的图形样本进行分析,辨别和探究了钙质砂生物成因的颗粒。2.基于钙质砂样本开展了一系列室内宏观力学试验：一维压缩试验、直剪试验,并重点开展了不同应力水平的三轴固结排水剪切试验。通过进行不同围压下的三轴固结排水剪切试验、以及试验前后的颗粒级配的量测对比,并使用Hardin破碎理论定量描述了剪切过程中的颗粒破碎程度。参考剑桥模型和修正剑桥模型中对于能量耗散的分析,研究了颗粒破碎对钙质砂变形、强度、能量耗散等特性的影响。试验发现钙质砂在三轴排水剪切过程中发生颗粒破碎,试样向着级配更加均匀的方向发展。随着初始围压的增大,颗粒破碎程度加大,土样整体剪胀趋势减小,而破碎引起的能量耗散增加。而在高围压(初始围压=600kPa)剪切过程中,仅考虑剪切摩擦耗散,以及同时考虑剪切摩擦、体积耗散两种情况下,计算得到的最大颗粒破碎耗散分别可达土样总输入塑性功的25%和18%。3.基于开源离散元分析软件YADE对钙质砂颗粒破碎特性从细观方面进行探究。建立三维数值模型,采用簇粒模拟可以破碎的钙质砂颗粒,采用同等直径的刚性颗粒模拟不可破碎的一般颗粒,对比两种颗粒模型在三轴条件下的应力应变关系。模拟结果揭示颗粒破碎会降低试样的整体抗剪强度,增加剪切初期的剪缩体变,抑制剪切后期的剪胀体变,以上效应在高围压下更加明显。这些模拟结果和本研究开展的钙质砂三轴试验结果的趋势是一致的。同时,模拟的颗粒单位时间位移增量显示,颗粒破碎主要发生在土体试样中部沿60°的一个局部区域内。