近年来,海洋领土在国家战略中占据着愈发重要的位置,海上造岛工程得以迅速开展,钙质砂作为一种海洋岩土介质被就地取材并广泛地应用于海上工程。然而,钙质砂材料在应用中表现出与常规陆源砂不同的物理性质,如颗粒形状的极不规则性、易碎性、可胶结性等。钙质砂土体通常处于海洋环境中,受到复杂的水文动力环境作用,因此钙质砂土体的渗透性问题受到广泛的关注。本文就工程常遇的粗粒类钙质砂土体的渗流问题,从钙质砂土体显著的各向异向角度考虑,分别设计了竖向渗流模型箱及水平向渗流模型箱展开室内模型试验研究,对比了钙质砂颗粒与陆源河砂颗粒形状的差异,探究了颗粒级配、土体密实度以及土体骨架等因素对不同方向渗流下的钙质砂土体渗透性及渗透变形特性的影响,通过宏细观结合的方法阐述了土体渗透性与渗透变形的机理关系。主要工作内容及结论如下:（1）采用纵横比S₁、圆度S₂、凸度S₃、球形度S₄四种形状参数分别对钙质砂及河砂的颗粒形状进行定量描述与对比,结果显示:钙质砂与河砂两种材料的形状参数均呈现负偏态分布,钙质砂颗粒的形状参数离散型高且参数平均值均低于河砂,表明钙质砂颗粒在颗粒方面的规则程度显著低于陆源河砂。基于形状参数统计结果,提出了根据纵横比S₁中的宽长比S₁’及厚长比S₁’数值大小的颗粒形状归类方法,归类结果表明:随着粒组尺寸的增大,两种材料的粒组中均表现出块状颗粒含量的线性降低、扁状与条状颗粒含量的线性增加,颗粒的不规则程度随粒径的增加在加剧。（2）基于达西渗流定律分析钙质砂土体的竖向渗流、基于高速渗流中Forchheimer非线性渗流理论分析钙质砂土体的水平向渗流。根据土体渗透性的变化,提出将竖向渗流分为稳定渗流阶段、水力调整阶段、渗流破坏阶段三阶段,将水平向渗流分为渗流阶段、水力调整阶段两阶段,根据渗流阶段的变化确定了土体的临界水力梯度i_cr与破坏水力梯度i_d。（3）通过拟合的方法得到了两种不同渗流方向下钙质砂土体的渗透系数,结果表明:钙质砂土体的竖向固有渗透系数介于0.048～0.930 cm/s,水平向固有渗透系数介于0.094～9.259 cm/s,土体的水平向渗透系数明显高于竖向渗透系数。渗透系数的大小以及在不同渗流阶段的变化受土体级配、密实度以及土体骨架的影响:不均匀系数C_u超过12.6后,渗透系数随C_u的增大而增大,随密实度D_r的增长呈线性降低;曲率系数C_c介于1～3的良好级配土的渗透系数远低于不良级配土;不同渗流方向下,以钙质砂作为骨架的土体渗透系数高于以规则河砂作为骨架的土体,竖向渗流时相差1.1～2.4倍,水平向渗流时相差1.05～6.04倍。（4）确定了钙质砂土体的渗透变形类型:钙质砂土体整体性高、骨架对细颗粒的约束性强,竖向渗流的钙质砂土最终以流土形式破坏,但细粒含量较低的钙质土可能在低水力梯度下发生管涌,而水平向渗流中的钙质砂土体受到周围土体的侧限作用,仅在较高的水力梯度下发生轻微的管涌现象。对比了分别以钙质砂、河砂为骨架土体的渗透变形,发现相同条件的以河砂为骨架的土体在较低的梯度下便发生管涌破坏,表明河砂骨架对细粒的约束性低于规则性更低、结构复杂的钙质砂骨架。（5）通过Image J软件二值化处理及PIV等手段进行图像分析,获得了土体在不同水力梯度阶段的面孔隙度及土体位移场,从土体渗透变形角度解释了土体不同阶段渗透性变化的原因,结果表明:竖向稳定渗流阶段中,土中细粒在初始大空隙中小幅度迁移,面孔隙度变化值在0.1%～0.5%之间,对渗透性的影响小;水力调整阶段的各级梯度中,土颗粒的位移面积由土体空隙处发展至非空隙区域并向土体全局发展,面孔隙度变化值在1.1%～4.5%,土体渗透性得到提高;渗流破坏阶段中,土颗粒发生位移的区域在全局范围内连通,发生流土变形,面孔隙度大幅增长,土体渗透性骤增。在水平向渗流中,面孔隙度随平均水力梯度i_a’的提高逐渐增大,达到i_cr后,钙质砂土体内发展出管涌通道,流体沿该通道集中渗流,面孔隙度曲线的增长趋于数值稳定,渗透性小幅提高。