钙质砂是一种分布于热带海洋的特殊岩土介质,由于其成因的特殊性导致其工程力学性质与普通的陆源砂有明显区别。钙质砂海域海床经常受波浪荷载作用,因此研究波浪荷载作用下饱和钙质砂的动力特性对于进一步完善钙质砂力学性质的研究、指导波浪荷载作用下钙质砂海域海床稳定性分析以及实际工程的设计和施工,都具有重要的理论价值和现实意义。目前,国内外学者已对钙质砂的动力特性进行了一定的研究,但是综合考虑主应力轴方向连续旋转和海床深度变化影响的研究鲜有报道,因而无法很好地了解和掌握波浪荷载作用下钙质砂的力学特性。因此本文通过空心圆柱扭剪仪进行了一系列静动力特性试验研究,具体研究内容如下:(1)利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不排水定向剪切试验,研究了不同大主应力轴方向角下有效应力路径、广义应力-应变关系、超孔隙水压力与广义剪应变关系等。研究表明大主应力轴方向角的差异使砂样呈现出不同的应力-应变发展模式;不同的大主应力轴方向角下,砂样表现出先剪缩后剪胀现象,但大主应力轴方向角越大,试样初始剪缩性越强。当大主应力轴方向角为90°时,钙质砂在低围压下表现出不稳定性现象,而在高围压下没有出现这种现象。大主应力轴方向对钙质砂样的相转换线(PTL)和破坏线(FL)没有影响。(2)利用空心圆柱扭剪仪模拟波浪荷载对饱和钙质砂进行了一系列循环不排水试验。以往将波浪荷载简化为偏应力空间中的圆形应力路径(假设海床深度无限厚),由于实际情况中海床深度并不是无限厚,其应力路径在偏应力空间中为椭圆形。因此,在本次试验中,为全面研究波浪荷载作用下饱和钙质砂的动力特性,进行了三种应力路径的试验,分别为圆形、竖向椭圆形、水平椭圆形,可以通过设置不同的循环应力比(CSR)和循环加载幅值比(CTSR)来实现。研究发现,CSR相同时,CTSR对累积孔压比(r_u)的发展速率影响很大,饱和钙质砂在循环圆形应力路径加载时较之循环椭圆应力路径加载时更易液化。饱和钙质砂在CTSR=2的循环水平椭圆应力路径加载时比CTSR=0.5的循环竖向椭圆应力路径加载时更易于液化,这说明在循环振动中循环竖向应力比循环扭剪应力对钙质砂液化影响更大。CSR与CTSR的大小对饱和钙质砂的液化敏感性均有重要影响。当CTSR相同时,随着CSR的增加,液化振次(N_L)逐渐减小;对于相同的CSR,当CTSR=1时(圆形应力路径),钙质砂试样的抗液化强度最低。循环圆形应力路径和循环椭圆形应力路径荷载下,饱和钙质砂达到液化所需N_L随着所施加的等效循环应力比(ESR)值增大而减小;且达到液化标准γ_g=5%所需的N_L与ESR存在唯一性关系,ESR随N_L增大而减小。