程 壯， 侯 敏， 王劍鋒

(1.武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 海洋工程學(xué)院，威海 264209；3.香港城市大學(xué) 建筑學(xué)與土木工程系，香港 999077)

1 引 言

鈣質(zhì)砂是一種廣泛分布于熱帶和亞熱帶海域的易破碎性土體。其主要組成成分是碳酸鈣，通常為珊瑚和貝殼等海洋生物殘骸形成的產(chǎn)物。鈣質(zhì)砂在我國(guó)的遠(yuǎn)海島礁工程中常用作地基和工程結(jié)構(gòu)建筑材料，如基礎(chǔ)工程、堤壩和機(jī)場(chǎng)跑道等。由于鈣質(zhì)砂顆粒特殊的物理力學(xué)特性，如形狀極不規(guī)則、顆粒內(nèi)孔隙發(fā)育、強(qiáng)度低和易破碎等[1]，鈣質(zhì)砂地層通常具有較大的壓縮性和較低的承載力。因此，鈣質(zhì)砂也常稱(chēng)為問(wèn)題性土體。在實(shí)際工程中為提高鈣質(zhì)砂地層的強(qiáng)度與變形特性，通常需要對(duì)鈣質(zhì)砂進(jìn)行人工加固。常用的鈣質(zhì)砂加固方法有水泥膠結(jié)固化技術(shù)、微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)技術(shù)和方解石淋浴固化(CIPS)技術(shù)等[2-4]。近年來(lái)，隨著我國(guó)南海島礁工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，工程師和科研人員日益重視對(duì)鈣質(zhì)砂力學(xué)特性以及鈣質(zhì)砂加固技術(shù)的研究。

鈣質(zhì)砂力學(xué)特性的研究方法主要包括室內(nèi)試驗(yàn)法、理論分析法和數(shù)值分析法等[5-7]。室內(nèi)試驗(yàn)法主要通過(guò)傳統(tǒng)的土工固結(jié)試驗(yàn)或剪切試驗(yàn)來(lái)研究鈣質(zhì)砂在邊界荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。理論分析法主要依據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和假定條件，通過(guò)數(shù)學(xué)和物理方法來(lái)分析鈣質(zhì)砂的顆粒破碎規(guī)律和本構(gòu)關(guān)系。數(shù)值分析法是將土體劃分為若干個(gè)計(jì)算單元(連續(xù)單元或離散單元)，通過(guò)設(shè)定假定條件來(lái)建立不同單元之間的力學(xué)聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行數(shù)值求解的一種方法。土力學(xué)計(jì)算常用的數(shù)值分析方法包括有限元法、離散元法和物質(zhì)點(diǎn)法等[8-10]。其中，離散元法近年來(lái)發(fā)展十分迅速，其將散體材料視為由接觸連接在一起的顆粒體系[9]，每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓第二定律，廣泛用于非連續(xù)性巖土材料的數(shù)值計(jì)算中，如土體、土工織物和節(jié)理巖體等[11-14]。

離散元也常用于研究鈣質(zhì)砂和膠結(jié)鈣質(zhì)砂的宏微觀(guān)力學(xué)行為問(wèn)題。其中，顆粒破碎、顆粒的形狀以及水泥膠結(jié)程度是模擬膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。顆粒破碎的模擬方法通常有兩種，即既定破壞準(zhǔn)則下采用多個(gè)子顆粒替換母顆粒的顆粒替換法[15,16]以及用多個(gè)基本顆粒黏結(jié)形成的顆粒簇模擬單個(gè)顆粒的聚粒法[17,18]。在模擬顆粒的真實(shí)形狀方面，Wu等[19]基于真實(shí)顆粒形狀建立了二維離散元模型，從宏微觀(guān)層面揭示了膠結(jié)砂的不均質(zhì)性。Zhang等[20]通過(guò)離散元數(shù)值試驗(yàn)研究了砂土顆粒形狀對(duì)顆粒破碎的影響規(guī)律，但其模型只考慮了球體、四面體和八面體三種簡(jiǎn)化的顆粒形狀。Xu等[21]建立了包含真實(shí)珊瑚砂顆粒形狀的三維離散元模型來(lái)研究級(jí)配和顆粒形狀對(duì)珊瑚砂力學(xué)行為的影響機(jī)制。但該模型只包含四種特定的顆粒形狀，因而其研究方法不具有普適性。另外，學(xué)者提出了不同離散元方法來(lái)模擬不同水泥含量的膠結(jié)砂力學(xué)行為。Jiang等[22,23]在砂顆粒之間使用了平行黏結(jié)接觸模型，通過(guò)控制黏結(jié)強(qiáng)度參數(shù)來(lái)模擬不同水泥含量的影響。de Bono等[24-26]采用了類(lèi)似的平行黏結(jié)模型來(lái)模擬水泥膠結(jié)砂的力學(xué)特性，并指出通過(guò)改變平行黏結(jié)接觸的數(shù)量可以有效地模擬不同水泥含量的影響。Wang等[27]通過(guò)在離散元模型中生成極小的水泥顆粒來(lái)模擬砂顆粒之間的膠結(jié)作用，并通過(guò)控制水泥顆粒的數(shù)量來(lái)考慮不同的水泥含量。

綜上所述，目前針對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的離散元模擬研究已取得了不少成果。然而，上述數(shù)值模型僅單一地考慮了鈣質(zhì)砂的顆粒破碎行為或不規(guī)則的顆粒形狀，同時(shí)考慮兩者的研究并不多見(jiàn)，而這些因素都對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂的力學(xué)行為有顯著的影響。因此，本文綜合考慮鈣質(zhì)砂的顆粒形狀與顆粒破碎行為，采用離散元方法研究了膠結(jié)鈣質(zhì)砂在雙軸剪切條件下的宏微觀(guān)力學(xué)行為。通過(guò)X-射線(xiàn)顯微CT設(shè)備獲取了鈣質(zhì)砂的顆粒形狀數(shù)據(jù)，并將真實(shí)的顆粒形狀導(dǎo)入離散元模型中。通過(guò)平行黏結(jié)模型和顆粒簇法實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈣質(zhì)砂真實(shí)顆粒形狀和顆粒破碎的離散元模擬，并研究了顆粒形狀、級(jí)配和黏結(jié)模型參數(shù)對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的影響機(jī)制。

2 離散元模擬方法

2.1 鈣質(zhì)砂的顆粒形狀

采用顯微CT掃描設(shè)備和圖像處理技術(shù)獲取了鈣質(zhì)砂的顆粒形狀數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)曾在文獻(xiàn)[28]中用于研究鈣質(zhì)砂在三軸剪切作用下的顆粒破碎行為。具體鈣質(zhì)砂顆粒形狀數(shù)據(jù)獲取方法如下。首先，通過(guò)對(duì)取自加納比海海域的鈣質(zhì)砂顆粒(約5 mm～15 mm)進(jìn)行機(jī)械碾壓，獲取粒徑為0.3 mm～0.6 mm 的鈣質(zhì)砂顆粒。然后，用該鈣質(zhì)砂顆粒制備直徑約8 mm，高度約16 mm的圓柱形試樣。運(yùn)用上海同步輻射光源的高分辨率CT設(shè)備對(duì)該試樣進(jìn)行CT掃描，獲取空間分辨率為6.5 μm的試樣CT圖像。最后，將該CT圖像經(jīng)過(guò)濾波、二值化處理以及使用改進(jìn)的標(biāo)記分水嶺算法進(jìn)行圖像分割，得到單個(gè)鈣質(zhì)砂顆粒在CT圖像的區(qū)域。詳細(xì)的CT圖像獲取流程以及圖像處理方法見(jiàn)文獻(xiàn)[28]。圖1分別給出了鈣質(zhì)砂試樣在1900 kPa圍壓下的原始CT圖像和經(jīng)過(guò)圖像分割后標(biāo)記的鈣質(zhì)砂CT圖像?？梢钥闯?，該方法有效地識(shí)別出了鈣質(zhì)砂顆粒。

圖1 鈣質(zhì)砂原始CT圖像與經(jīng)過(guò)圖像分割后的CT圖像

2.2 離散元模型的建立與求解

采用二維離散元軟件PFC2D[29]來(lái)模擬膠結(jié)鈣質(zhì)砂在雙軸壓縮條件下的宏微觀(guān)力學(xué)行為。在獲取到鈣質(zhì)砂顆粒的CT圖像后，可通過(guò)Matlab內(nèi)置的regionprops函數(shù)提取顆粒的幾何邊界，在PFC中生成具有真實(shí)形狀的鈣質(zhì)砂單顆粒。圖2為鈣質(zhì)砂的二維CT圖像、某個(gè)鈣質(zhì)砂顆粒的幾何邊界以及具有真實(shí)形狀的鈣質(zhì)砂顆粒離散元模型。

圖2 鈣質(zhì)砂顆粒離散元模型生成過(guò)程

采用如下步驟生成膠結(jié)鈣質(zhì)砂的初始試樣，首先，生成水平和豎直墻體，并在墻體內(nèi)均勻生成密實(shí)的圓形顆粒體；其次，將不同真實(shí)鈣質(zhì)砂顆粒的幾何邊界隨機(jī)地導(dǎo)入墻體內(nèi)部，通過(guò)調(diào)整其位置和邊界縮放可控制生成的顆粒粒徑和位置；再次，對(duì)于每一個(gè)幾何邊界，將球心位于其內(nèi)的圓形球體定義為同一組顆粒簇，所有顆粒簇定義完畢后將未定義的基本球單元?jiǎng)h除；最后，讓顆粒簇在重力作用下沉降達(dá)到平衡，隨后通過(guò)施加5 kPa的預(yù)壓力使模型重新達(dá)到力學(xué)平衡。獲取的離散元模型尺寸約為60 mm×120 mm，包含360種不同的鈣質(zhì)砂顆粒形狀和480個(gè)顆粒。為研究顆粒形狀的影響，采用類(lèi)似的方法生成了圓形顆粒鈣質(zhì)砂試樣。生成的粒徑范圍為2.66 mm～4.54 mm的真實(shí)形狀鈣質(zhì)砂試樣和圓顆粒鈣質(zhì)砂試樣分別如圖3所示。

圖3 不同顆粒形狀的鈣質(zhì)砂離散元試樣

對(duì)于上述模型，在不同顆粒簇間添加平行黏結(jié)接觸來(lái)模擬水泥膠結(jié)作用；在同一簇內(nèi)添加具有另一強(qiáng)度參數(shù)的平行黏結(jié)接觸來(lái)模擬鈣質(zhì)砂顆粒的內(nèi)部作用力。當(dāng)外力超過(guò)簇內(nèi)接觸的強(qiáng)度,則顆粒簇破碎，鈣質(zhì)砂顆粒發(fā)生破碎。平行黏結(jié)模型[30]可以理解為存在于兩個(gè)離散單元之間類(lèi)似水泥的膠結(jié)劑，其模型本構(gòu)可以理解為兩個(gè)小球之間存在一系列均勻分布的法向和切向彈簧，可以抵抗顆粒間的力和力矩，因此適于模擬水泥膠結(jié)作用。采取這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于每個(gè)顆粒簇由多個(gè)基本球單元球黏結(jié)而成，其輪廓粗糙不平，更能反映鈣質(zhì)砂顆粒的微觀(guān)形貌。

在100 kPa恒定圍壓下，通過(guò)恒定的速率(0.5 m/s)移動(dòng)上下墻體，來(lái)模擬膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣的雙軸剪切試驗(yàn)，直至軸應(yīng)變達(dá)到20%。參照文獻(xiàn)[11]中離散元參數(shù)標(biāo)定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用試錯(cuò)法確立模型的力學(xué)參數(shù)。最終的離散元模型參數(shù)列入表1。

圖4展示了計(jì)算得到的膠結(jié)鈣質(zhì)砂應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)與文獻(xiàn)[31]試驗(yàn)曲線(xiàn)的對(duì)比結(jié)果，反映了表1中計(jì)算參數(shù)的合理性。本文為分析顆粒級(jí)配對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的影響，采用相同的方法和模型參數(shù)對(duì)3種不同級(jí)配的圓顆粒試樣進(jìn)行了雙軸剪切試驗(yàn)，其級(jí)配曲線(xiàn)如圖5所示。另外，采用不同于表1的模型參數(shù)對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂進(jìn)行了雙軸剪切的數(shù)值試驗(yàn)，來(lái)研究顆粒強(qiáng)度和水泥膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的影響機(jī)制(見(jiàn)3.3節(jié))。

表1 離散元模型參數(shù)

圖4 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)離散元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖5 顆粒級(jí)配曲線(xiàn)

3 離散元模擬結(jié)果分析

3.1 顆粒級(jí)配的影響

圖6給出了三組不同級(jí)配(圖5)的膠結(jié)鈣質(zhì)砂的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)、黏結(jié)破壞率(顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率和水泥黏結(jié)破壞率)隨剪應(yīng)變的演化曲線(xiàn)以及試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的顆粒破碎程度概率密度函數(shù)。取試樣的應(yīng)變率為0時(shí)的狀態(tài)為參考狀態(tài)，其中，顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率為試樣中顆粒內(nèi)部發(fā)生破壞的接觸數(shù)與參考狀態(tài)時(shí)顆粒內(nèi)部接觸數(shù)的比值，水泥黏結(jié)破壞率為試樣中不同顆粒之間發(fā)生破壞的接觸數(shù)與參考狀態(tài)時(shí)不同顆粒之間接觸數(shù)的比值，顆粒破碎程度為試樣中發(fā)生破壞的接觸數(shù)與參考狀態(tài)時(shí)接觸數(shù)的比值。

圖6 不同級(jí)配試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)、膠結(jié)破壞率和顆粒內(nèi)部破壞率以及顆粒破壞程度的概率密度

如圖6(a)所示，鈣質(zhì)砂的顆粒粒徑區(qū)間越寬，試樣的峰值強(qiáng)度越高。這是由于顆粒級(jí)配區(qū)間越寬，鈣質(zhì)砂顆粒周?chē)乃嗄z結(jié)數(shù)越多(級(jí)配為 2.66 mm～4.54 mm，2.00 mm～5.5 mm和1.50 mm～6.50 mm的鈣質(zhì)砂顆粒的平均配位數(shù)分別為0.900，1.046和1.402)，從而膠結(jié)加固的效果更好。如圖6(b)所示，鈣質(zhì)砂的顆粒粒徑區(qū)間越寬，顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率越高。這主要與鈣質(zhì)砂顆粒的破壞模式有關(guān)，配位數(shù)大的鈣質(zhì)砂顆粒傾向于發(fā)生碎裂性破壞[32]，從而產(chǎn)生更多的碎片，使得試樣破壞后顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率更高。3種級(jí)配的膠結(jié)破壞率均為0。如圖6(c)所示，顆粒粒徑區(qū)間越寬的試樣，顆粒破碎程度的變異性越大(分別為0.102，0.142和0.174)，顆粒發(fā)生嚴(yán)重破壞的幾率越高。因此，試樣破壞后顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率更高。圖7為加載結(jié)束時(shí)3組試樣的累計(jì)位移場(chǎng)分布和累計(jì)裂紋分布，紅色代表試樣的裂紋?？梢钥闯?，裂紋主要分布于顆粒內(nèi)部，且顆粒粒徑區(qū)間越寬的試樣，顆粒破碎程度的變異性越大，總體破碎率越高。

圖7 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的累計(jì)位移分布和累計(jì)裂紋分布

3.2 顆粒形狀的影響

圖8給出了真實(shí)顆粒形狀試樣與圓顆粒試樣的膠結(jié)鈣質(zhì)砂應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)、黏結(jié)破壞率(顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率和水泥黏結(jié)破壞率)隨剪應(yīng)變的演化曲線(xiàn)以及試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的顆粒破碎程度概率密度函數(shù)。

如圖8(a)所示，當(dāng)考慮真實(shí)顆粒形狀時(shí)，試樣表現(xiàn)出更好的宏觀(guān)力學(xué)性能。主要是由于鈣質(zhì)砂顆粒的形狀不規(guī)則時(shí)，其周?chē)乃嗄z結(jié)數(shù)較多(圓顆粒試樣與真實(shí)顆粒形狀試樣的鈣質(zhì)砂的平均配位數(shù)分別為0.900和8.210)，從而膠結(jié)加固的效果更好。如圖8(b)所示，真實(shí)顆粒形狀試樣的鈣質(zhì)砂的顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率高于圓顆粒試樣。這是由于相比于圓顆粒試樣，真實(shí)顆粒形狀試樣的顆粒破碎程度的變異性更大(圖8(c))，因此，試樣破壞后顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率更高。圖9為加載結(jié)束時(shí)3組試樣的累計(jì)位移場(chǎng)分布和裂紋分布?？梢钥闯觯鎸?shí)顆粒形狀試樣的裂紋分布較為集中，并且試樣具有更高的不均質(zhì)性。

圖8 不同顆粒形狀試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)、膠結(jié)破壞率和顆粒內(nèi)部破壞率以及顆粒破壞程度的概率密度

圖9 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的累計(jì)位移分布和累計(jì)裂紋分布

3.3 膠結(jié)強(qiáng)度和顆粒強(qiáng)度的影響

3.3.1 膠結(jié)強(qiáng)度的影響

圖10給出了不同膠結(jié)強(qiáng)度的膠結(jié)鈣質(zhì)砂應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和黏結(jié)破壞率(顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率和水泥黏結(jié)破壞率)隨剪應(yīng)變的演化曲線(xiàn)。為對(duì)上述考慮真實(shí)顆粒形狀的試樣賦予不同的膠結(jié)強(qiáng)度，改變了鈣質(zhì)砂模型簇間接觸的強(qiáng)度和剛度。設(shè)標(biāo)定好的簇間接觸參數(shù)為Q0=(pb_ten,pb_coh,kn,ks,pb_kn,pb_ks),向量?jī)?nèi)的值列入表1 ，4組試樣的簇間接觸參數(shù)分別為Q1=Q0,Q2=1/5Q0,Q3=5Q0,Q4=10Q0。如圖10(a)所示，改變膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)并無(wú)明顯影響。如圖10(b)所示，改變膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)顆粒內(nèi)部破壞率幾乎沒(méi)有影響，只有當(dāng)膠結(jié)強(qiáng)度降低為Q2=1/5Q0時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)破壞率小于5%的膠結(jié)破壞，而且對(duì)試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的影響很小，其余3組試樣并未出現(xiàn)膠結(jié)破壞。

圖10 不同膠結(jié)強(qiáng)度試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，膠結(jié)破壞率和顆粒內(nèi)部破壞率

圖11為加載結(jié)束時(shí)3組試樣的累計(jì)位移場(chǎng)分布和累計(jì)裂紋分布?？梢钥闯?，在膠結(jié)無(wú)破壞或破壞率小于5%的情況下，試樣的破碎情況相當(dāng)(18%左右)，這說(shuō)明單純提高膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂的力學(xué)性能沒(méi)有顯著影響，因?yàn)榇藭r(shí)試樣的破壞取決于顆粒內(nèi)部的破壞。在工程實(shí)際中，提高膠結(jié)強(qiáng)度的經(jīng)濟(jì)代價(jià)較大，因此應(yīng)合理選擇膠結(jié)強(qiáng)度，節(jié)約成本。

圖11 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的累計(jì)位移分布和累計(jì)裂紋分布

3.3.2 顆粒強(qiáng)度的影響

圖12給出了不同顆粒強(qiáng)度的膠結(jié)鈣質(zhì)砂應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和黏結(jié)破壞率(顆粒內(nèi)部黏結(jié)破壞率和水泥黏結(jié)破壞率)隨剪應(yīng)變的演化曲線(xiàn)。為對(duì)上述考慮真實(shí)顆粒形狀的試樣賦予不同的顆粒強(qiáng)度，改變了鈣質(zhì)砂模型簇內(nèi)接觸的強(qiáng)度和剛度。設(shè)標(biāo)定好的簇間接觸參數(shù)為P0=(pb_ten,pb_coh,kn,ks,pb_kn,pb_ks),向量?jī)?nèi)的值列入表1 ，4組試樣的簇間接觸參數(shù)分別為P1=P0,P2=1/2P0,P3=2P0，P4=20P0，對(duì)于最后一組試樣，由于其簇內(nèi)接觸參數(shù)為簇間接觸參數(shù)的2倍，直至加載結(jié)束其顆粒內(nèi)部破壞率僅為3.5%，可以認(rèn)為鈣質(zhì)砂顆粒內(nèi)部不破壞，僅發(fā)生膠結(jié)面的破壞。如圖12(a)所示，顆粒強(qiáng)度越高，則應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的峰值越高。如圖12(b)所示，顆粒內(nèi)部強(qiáng)度越高，則顆粒內(nèi)部破壞率越低。

圖12 不同顆粒強(qiáng)度試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)及膠結(jié)破壞率和顆粒內(nèi)部破壞率

圖13為加載結(jié)束時(shí)4組試樣的累計(jì)位移場(chǎng)分布和累計(jì)裂紋分布。顆粒內(nèi)部強(qiáng)度越高，則破碎越少，試樣強(qiáng)度越高。4組試樣均出現(xiàn)了剪切破碎帶，破碎帶上顆粒的位移較小。

圖13 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的累計(jì)位移分布和累計(jì)裂紋分布

4 結(jié) 論

運(yùn)用離散元法研究了膠結(jié)鈣質(zhì)砂在雙軸剪切作用下的宏微觀(guān)力學(xué)行為。基于高分辨率CT圖像獲取到鈣質(zhì)砂的顆粒形狀數(shù)據(jù)，建立了考慮鈣質(zhì)砂真實(shí)顆粒形狀和顆粒破碎的膠結(jié)鈣質(zhì)砂離散元模型，并討論了顆粒形狀、級(jí)配、顆粒強(qiáng)度和水泥膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)行為的影響規(guī)律。主要得到以下結(jié)論。

(1) 顆粒形狀對(duì)膠結(jié)砂的力學(xué)行為具有顯著影響。具有真實(shí)顆粒形狀的膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣峰值強(qiáng)度和試樣的整體顆粒破碎程度均明顯高于同一級(jí)配的圓顆粒膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣。這是由于真實(shí)顆粒形狀試樣的水泥膠結(jié)數(shù)較圓顆粒試樣多，因而加固效果好。較多的水泥膠結(jié)數(shù)使得鈣質(zhì)砂顆粒發(fā)生顆粒破碎時(shí)更傾向于發(fā)生碎裂破壞，因而試樣總體顆粒破碎程度較高。

(2) 顆粒級(jí)配對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂的力學(xué)行為有較大影響。顆粒粒徑范圍寬的膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣力學(xué)性能優(yōu)于顆粒粒徑范圍窄的膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣。主要由于級(jí)配好的膠結(jié)鈣質(zhì)砂試樣通常具有較多的水泥膠結(jié)數(shù)，表現(xiàn)出較好的鈣質(zhì)砂加固效果。

(3) 鈣質(zhì)砂顆粒強(qiáng)度越高，膠結(jié)鈣質(zhì)砂的峰值強(qiáng)度越高，發(fā)生顆粒破碎的程度越小。然而，水泥膠結(jié)強(qiáng)度的提高對(duì)膠結(jié)鈣質(zhì)砂力學(xué)性能的影響并不明顯，這主要是由于試樣破壞時(shí)主要表現(xiàn)為鈣質(zhì)砂顆粒的破碎。因而，提高水泥強(qiáng)度并不能顯著改善膠結(jié)鈣質(zhì)砂的力學(xué)性能。