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摘要：研究发现，礁砂地基承载力随边坡地基材料干密度的增大而增大，在相同的干密度ρd=1.3 g/cm3的边坡滑动试验中，不同级配承载力研究发现，在不均匀系数Cu=5，曲率系数Cc=1.25时其表现出的地基承载力最大。
关键词：礁砂；干密度；级配；承载力
引言
礁砂是一种广泛分布于我国南海海域的特殊质砂，礁砂的主要成分是碳酸钙，因此又称为“钙质砂”，主要是由珊瑚和贝类海洋生物的骨架碎屑组成。土力学中常用不均匀系数Cu与曲率系数Cc来判定土的级配情况，然后进行对比研究。
国内外很多学者针对礁砂力学性质做了研究。Coop[1]的研究表明，钙质土的排水剪切有趋向一个定体积、定差应力方向发展的趋势。刘崇权[2]采用常规试验测定了钙质砂的土粒比重、孔隙比等基本物理参数。钱炜[3]将钙质砂进行了常规三轴试验，分析数据后得到其应力应变规律及强度参数。孙吉主[4]在三轴压缩条件下对钙质砂颗粒的破碎进行了研究，指出钙质砂在荷载作用下同时存在颗粒破碎和滑移两种变形机制。
1 试验方案与试验过程
试验所用材料为南海海域的礁砂，该区域礁砂具有代表性。为便于观察边坡滑动破坏的形式，在玻璃箱中制作边坡，尺寸如图1所示，边坡的坡度角为45°。
在密实度方面进行三组对照试验，将礁砂地基干密度分别控制在ρd·=1.2 g/cm3、1.3 g/cm3、1.4 g/cm3。为研究级配对边坡稳定性的影响，根据礁砂原状砂的级配（Cu=5、Cc=0.85<1）改变曲率系数Cc的大小设置Cc=1～3、Cc>3的对照组。原状砂中保持Cu=5，改变曲率系数CC值，设置CC=1.25、Cc=3.5，因此共设置出级配a、b、c三种，分别是a.Cu=5、Cc=0.85，b.Cu=5、Cc=1.25，c.Cu=5、Cc=3.5。
在边坡顶部边缘放置100mm×100mm×100mm混凝土试件，在试块之上添加标准砝码，包括20kg、5.1kg、2.55kg、1.25kg四种，每次添加砝码后静置5分钟，待稳定后再添加下一个。
2 试验结果分析
2.1 礁砂干密度对边坡地基承载力的影响
试验发现，干密度ρd·=1.2 g/cm3的边坡在混凝土试件上施加20kg砝码后混凝土块开始有了少许沉降。继续添加5.1kg的砝码后沉降加剧，当添加至第二个5.1kg砝码时发生了边坡的失稳滑动破坏。根据添加砝码与混凝土块的质量和底面积，可得其破坏时的承载力为33.2kPa。
干密度ρd·=1.3 g/cm3的边坡地基中，测得其承载力为50.25kPa。干密度ρd·=1.4 g/cm3的坡度地基中，测得其承载力为68.6kPa。汇总试验结果如表1所示：
2.2 礁砂级配对边坡地基承载力的影响
为排除密实度对不同级配下边坡地基承载力的影响，均保持干密度ρd·=1.3 g/cm3。级配a即为原状砂级配承载力如表1所示。在对级配b、c的试验研究中发现在混凝土试块上添加砝码后边坡的破坏形式基本相同，均为坡面出现梯形滑动破坏。试验结果显示，级配b的边坡承载力稍大于级配a与级配c。
在级配a的礁砂边坡加载前用三种颜色的彩粉对边坡进行标记，标记后如图2（a）所示，然后进行砝码的加载，待边坡发生滑动后再用红色彩粉对滑动边界进行标注，如图2（b）所示。
2.3地基安全稳定系数的研究
试验边坡为干坡（无粘性土、完全在水位以上），因此在计算土体的稳定安全系数时采用公式：
（1）
式中：W——土体的重量；
φ——土的内摩擦角；
α——土坡的坡角。
试验测得礁砂的内摩擦角φ=37.37°，已知土坡的坡角α=45°，带入公式1后，可得Fs=0.7637。由公式可以看出，无论土体的内摩擦角如何，都能代入式（1）求出安全稳定系数Fs。当Fs=1时，φ=α为天然休止角，其值等于砂在松散状态下的内摩擦角，所以松散状态下，无粘性土的休止角在数值上接近松散土样的内摩擦角。
3 结论与总结
通过试验研究发现，吹填礁砂地基的干密度与级配对地基的承载力均有影响。具体表现为：
（1）地基承载力随干密度的增大地基承载力逐渐增大，但地基的干密度不能无限度的增大，当达到ρd=1.4 g/cm3时，可认为达到极限干密度。
（2）地基材料的不均匀系数一定时，地基承载力随曲率系数的增大，呈先增大后减小趋势。
参考文献：
[1]Coop MR. The mechanics of uncommented carbonate sands. Geotechnique， 1990， 40（4）： 607-626
[2]刘崇权， 汪稔. 钙质砂物理力学性质初探[J]. 岩土力学， 1998（1）：32-37.
[3]钱炜， 张早辉. 钙质砂莫尔-库仑强度特性三轴试验测试[J]. 土工基礎， 2017（2）：231-232.
[4]吉主， 汪稔. 三轴压缩条件下钙质砂的颗粒破裂过程研究[J]. 岩土力学， 2003， 24（5）：822-825.
关键词：礁砂；干密度；级配；承载力
引言
礁砂是一种广泛分布于我国南海海域的特殊质砂，礁砂的主要成分是碳酸钙，因此又称为“钙质砂”，主要是由珊瑚和贝类海洋生物的骨架碎屑组成。土力学中常用不均匀系数Cu与曲率系数Cc来判定土的级配情况，然后进行对比研究。
国内外很多学者针对礁砂力学性质做了研究。Coop[1]的研究表明，钙质土的排水剪切有趋向一个定体积、定差应力方向发展的趋势。刘崇权[2]采用常规试验测定了钙质砂的土粒比重、孔隙比等基本物理参数。钱炜[3]将钙质砂进行了常规三轴试验，分析数据后得到其应力应变规律及强度参数。孙吉主[4]在三轴压缩条件下对钙质砂颗粒的破碎进行了研究，指出钙质砂在荷载作用下同时存在颗粒破碎和滑移两种变形机制。
1 试验方案与试验过程
试验所用材料为南海海域的礁砂，该区域礁砂具有代表性。为便于观察边坡滑动破坏的形式，在玻璃箱中制作边坡，尺寸如图1所示，边坡的坡度角为45°。
在密实度方面进行三组对照试验，将礁砂地基干密度分别控制在ρd·=1.2 g/cm3、1.3 g/cm3、1.4 g/cm3。为研究级配对边坡稳定性的影响，根据礁砂原状砂的级配（Cu=5、Cc=0.85<1）改变曲率系数Cc的大小设置Cc=1～3、Cc>3的对照组。原状砂中保持Cu=5，改变曲率系数CC值，设置CC=1.25、Cc=3.5，因此共设置出级配a、b、c三种，分别是a.Cu=5、Cc=0.85，b.Cu=5、Cc=1.25，c.Cu=5、Cc=3.5。
在边坡顶部边缘放置100mm×100mm×100mm混凝土试件，在试块之上添加标准砝码，包括20kg、5.1kg、2.55kg、1.25kg四种，每次添加砝码后静置5分钟，待稳定后再添加下一个。
2 试验结果分析
2.1 礁砂干密度对边坡地基承载力的影响
试验发现，干密度ρd·=1.2 g/cm3的边坡在混凝土试件上施加20kg砝码后混凝土块开始有了少许沉降。继续添加5.1kg的砝码后沉降加剧，当添加至第二个5.1kg砝码时发生了边坡的失稳滑动破坏。根据添加砝码与混凝土块的质量和底面积，可得其破坏时的承载力为33.2kPa。
干密度ρd·=1.3 g/cm3的边坡地基中，测得其承载力为50.25kPa。干密度ρd·=1.4 g/cm3的坡度地基中，测得其承载力为68.6kPa。汇总试验结果如表1所示：
2.2 礁砂级配对边坡地基承载力的影响
为排除密实度对不同级配下边坡地基承载力的影响，均保持干密度ρd·=1.3 g/cm3。级配a即为原状砂级配承载力如表1所示。在对级配b、c的试验研究中发现在混凝土试块上添加砝码后边坡的破坏形式基本相同，均为坡面出现梯形滑动破坏。试验结果显示，级配b的边坡承载力稍大于级配a与级配c。
在级配a的礁砂边坡加载前用三种颜色的彩粉对边坡进行标记，标记后如图2（a）所示，然后进行砝码的加载，待边坡发生滑动后再用红色彩粉对滑动边界进行标注，如图2（b）所示。
2.3地基安全稳定系数的研究
试验边坡为干坡（无粘性土、完全在水位以上），因此在计算土体的稳定安全系数时采用公式：
（1）
式中：W——土体的重量；
φ——土的内摩擦角；
α——土坡的坡角。
试验测得礁砂的内摩擦角φ=37.37°，已知土坡的坡角α=45°，带入公式1后，可得Fs=0.7637。由公式可以看出，无论土体的内摩擦角如何，都能代入式（1）求出安全稳定系数Fs。当Fs=1时，φ=α为天然休止角，其值等于砂在松散状态下的内摩擦角，所以松散状态下，无粘性土的休止角在数值上接近松散土样的内摩擦角。
3 结论与总结
通过试验研究发现，吹填礁砂地基的干密度与级配对地基的承载力均有影响。具体表现为：
（1）地基承载力随干密度的增大地基承载力逐渐增大，但地基的干密度不能无限度的增大，当达到ρd=1.4 g/cm3时，可认为达到极限干密度。
（2）地基材料的不均匀系数一定时，地基承载力随曲率系数的增大，呈先增大后减小趋势。
参考文献：
[1]Coop MR. The mechanics of uncommented carbonate sands. Geotechnique， 1990， 40（4）： 607-626
[2]刘崇权， 汪稔. 钙质砂物理力学性质初探[J]. 岩土力学， 1998（1）：32-37.
[3]钱炜， 张早辉. 钙质砂莫尔-库仑强度特性三轴试验测试[J]. 土工基礎， 2017（2）：231-232.
[4]吉主， 汪稔. 三轴压缩条件下钙质砂的颗粒破裂过程研究[J]. 岩土力学， 2003， 24（5）：822-825.