钙质砂物理力学及破碎特性研究

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在马尔代夫建设海上浮式人工岛,建成的人工岛受到风、浪、海流等作用。为保证海上浮式人工岛稳定,需要建设可靠的锚固系统,通过锚固系统将海上浮式人工岛锚固在海床上。马尔代夫海床主要为钙质砂,在锚固基础的作用下钙质砂会发生破碎,力学强度会发生变化,从而可能影响锚固基础的安全。因此研究马尔代夫钙质砂物理力学及破碎特性,对于规划中的海上浮式人工岛建设具有重要工程价值。本文系统研究了马尔代夫钙质砂的物理特性、压缩破碎和强度特性。具体研究内容和结论如下:(1)研究了马尔代夫钙质砂的物理特性。马尔代夫钙质砂的不均匀系数和曲率系数分别为4.91和0.61,级配不良。马尔代夫钙质砂矿物组成以CaCO3为主,含量为94.69%。最大孔隙比为1.07,最小孔隙比为0.777,比重为2.80。(2)通过一维压缩试验研究了单一粒组钙质砂的压缩破碎特性。结果表明,随着粒径的增大,破碎应力减小。0.25~0.5 mm粒组试样的破碎应力为5.7 MPa,3.35~4.75mm粒组试样的破碎应力为1.9 MPa。相对破碎率随粒径的增大而增大,在竖向应力为25.6 MPa时,0.25~0.5 mm粒组试样的相对破碎率为0.18,3.35~4.75 mm粒组试样的相对破碎率为0.54。(3)通过一维压缩试验,研究了级配对钙质砂压缩破碎特性的影响。压缩指数0.12~0.23范围内,压缩指数随中值粒径增大而增大,随不均匀系数增大而减小。相对破碎率随中值粒径增大而增大,随不均匀系数增大而减小。(4)制备原砂试样、预压破碎试样和原砂配制的破碎砂试样,研究颗粒破碎对钙质砂剪切强度和剪胀性的影响。原砂试样和预压破碎试样对比发现:颗粒破碎使得钙质砂剪切强度增加、剪胀性减弱;预压破碎试样和原砂配制的破碎砂试样对比发现:两者剪切强度相差不大,预压破碎试样的剪切强度略大于原砂配制的破碎砂试样。
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