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近年来我国加快了珊瑚岛礁基础工程建设,其中珊瑚礁砂与礁灰岩为建设施工提供了宝贵的建筑材料。珊瑚碎屑物可用于稳定礁盘上填筑场坪的筑岛工程建设。岛礁基础工程建设中,正确认识珊瑚碎屑物材料的工程力学性质(颗粒强度、颗粒破碎与粒型特征之间的联系)将为海域岛礁水力吹填造陆的场地地基、机场跑道基础等土工构造物以及素混凝土结构构件等工程实践,提供理论与技术支撑。本文利用自动颗粒强度测定仪、岩石强度点荷载试验仪开展了岛礁建设中两类珊瑚碎屑物材料在不同状态下单颗粒破碎试验研究,同时运用离散单元(PFC3D)数值模拟软件模拟三维颗粒构成三轴试样,辅助以拉格朗日法(FLAC)模拟试样的边界条件,研究三轴压缩状态下颗粒破碎程度、强度参数(粘聚力c,内摩擦角j)、破碎位置等变化情况,从而揭示颗粒破碎情况、颗粒破碎与颗粒形状特征之间的联系。试验与数值模拟结果表明:(1)珊瑚碎屑物材料比重较小,礁灰岩新近破碎矿物颗粒(下文称礁岩颗粒)比重整体小于生物残骸颗粒(下文称残骸颗粒),但礁岩颗粒的平均吸水率高达21.90%,高出残骸颗粒近一倍,表明礁岩颗粒内孔隙与颗粒表面的连通状况优于残骸颗粒,为颗粒的湿水软化提供前提条件。(2)珊瑚碎屑颗粒具有低硬度特征,具有偏高的湿化吸水软化特征,礁岩强度不仅明显低于残骸颗粒,且礁岩颗粒湿化吸水后强度软化特征(软化系数0.67)相对残骸颗粒偏高;珊瑚碎屑颗粒具有粒度大小负相关的颗粒强度变化规律,符合颗粒脆性破坏强度分布Weibull统计特征;珊瑚碎屑物的颗粒强度相对常规砂粒明显偏低,且破坏强度分布的Weibull模量m偏低(一般<5),说明珊瑚颗粒内部丰富微孔管与微裂缝的成为其颗粒脆性破坏主要内在机制。(3)离散元数值模拟均匀试样分析显示,模拟三轴剪切试验得到的内摩擦角达25°~40°,且模拟结果表现出由于剪切过程中颗粒破碎而带来粘聚力,尤其是模拟密实试样产生的粘聚力达到164.49kPa,根据摩尔强度包线给定的试样抗剪强度参数c、φ值,密实试样破坏面与大主应力夹角为65°,偏高的黏聚力强度特征不仅与室内单元体试样黏聚力偏高强度特征一致,且验证了低应力水平时的珊瑚砂颗粒破碎与剪胀强度分量工作机制颗粒破碎的发展、颗粒特性与颗粒破碎关系符合室内试验结果和物理力学理论。(4)不规则粒型试样离散元模拟存在颗粒粒型构建局限性以及系统计算容量限制,珊瑚砂不规则粒型颗粒的棱角更易优先破碎,导致试样破碎方向集中演化特征减弱、试样颗粒位移分布更加均匀且发生旋转范围亦更大,形成了试样系统强度特征相对降低;但低水平时珊瑚砂破碎重组与剪胀综合形成的强度分量,仍然保持相对较高水平(约c=90kPa)宏观强度特征。(5)离散元数值模拟的微观特征分析表明三轴剪切颗粒破碎数量与应力水平、剪切应变和初始状态正相关;竖向应力增量作用时,相对于松散试样颗粒力学机理挤密重组初始占优,密实试样颗粒间直接承受剪切应力,且颗粒破碎相对发生更早、数量更大且集中于剪切带破碎优势区,并形成试样鼓胀宏观失稳特征;试样颗粒破碎倾向首先集中于相对薄弱的破碎优势面,当该方向颗粒破碎发展相对饱和后,才开始出现数量较多的其他方向破碎;剪切带破碎优势区,颗粒旋转占优且平移较小;局部空隙增加且配位数减小。