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基于 CT扫描的钙质砂颗粒破碎研究汇报人：汪轶群 2014/1/7一、概述1.1 Definition 钙质砂（Calcareous Sand）：是指富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类物质的特殊介质，是海洋沉积物中的一种。1.2 Distribution 我国南海诸岛、红海、澳大利亚西部大陆架和巴斯海峡。1.3 Constitute钙质砂的沉积主要来自：（1）钙质生物骨架，如珊瑚礁、贝壳等的破碎、搬运和沉积物；（2）碎屑物，如古老灰岩的破碎、搬运和沉积物；（3）水中的碳酸盐类物质因温度、压力等发生变化而在溶液中沉积。1.4 Charicteristics钙质砂与普通的石英砂相比有如下特征：1. 物理性质 （1）内孔隙； （2）高孔隙比；（钙质砂0.7-2.5，石英砂0.4-0.9） （3）高Caco3含量；（钙质砂＞80%) 2. 力学性质： （1）高内摩擦角； （2）高压缩性； （3）颗粒破碎。1.5 电镜扫描晋卿岛钙质砂1mm500μm永暑礁钙质砂200μm50μm永暑礁钙质砂2.1 颗粒破碎研究历史Blackwelder(1920) 、Terzaghi(1925)、Athy(1935)、Botset与Reed(1935)等通过一系列简单的试验研究，认为颗粒材料即使在高达8.5MPa的情况下其破碎量都是很小的。Lee、Farhoomand(1967) 提出用颗粒粒径变化的比值来表示颗粒的破碎程度，即用破碎前后试样某含量的粒径比值表示。Norihiko MiaraSuke O-Hera(1979) 在提出以试样颗粒面积增量来表示破碎数量，并发现试样破坏时颗粒面积增量与塑性功增量之比(ds/dw)与相应的(σ1/σ3)存在很好的线性关系，这说明ds/dw是试验材料破坏的一种很好的特征量O.Hardin(1985)引入了破碎势的概念(potential for breakage)，提出了一种表示破碎的方法，破碎势(B)即颗粒破碎的可能性。认为颗粒破碎的可能性随颗粒粒径的增大而增大，在高应力作用下大颗粒将破碎成粉粒，而粉粒则被认为是不可继续破碎的。他还定义了相对破碎率，这种引入相对破碎率的一个显著特点就是对于同一种材料，具有相同的颗粒形状和相对初始状况，沿同一路径加载，不同级配的试样相对破碎率基本相同。2.2 前人研究方法及结论2.2.1 颗粒破碎的评价方法——级配曲线、破碎指标 胡波，汪稔. 《三轴条件下钙质砂的颗粒破碎研究》破碎势Bp ：?其中，D为颗粒的粒径，当D0.074mm时，bp=0。 对于整个试样，破碎势Bp可表示为：?其中，df为bp相应粒径的筛分通过率，以微分表示。相对破碎Br：试验前后的整体破碎势之差为总破碎Bt即： ?其中，bpo表示试验前的bp；bpl表示试验后的bp。总破碎Bt与初始破碎势Bpo之比即为相对破碎Br： ?颗粒破碎指数B10 ：?其中，D10f 表示试验后的有效粒径；D10i 表示试验前的有效粒径。 级配条件、围压对于钙质砂 的破碎有显著的影响。1-2mm钙质砂不同围压下排水剪切后颗粒级配曲线5mm钙质砂不同围压下排水剪切后颗粒级配曲线5mm钙质砂相对破碎Br与ε1关系曲线随着围压的增加相对破碎增大，但是颗粒破碎并不是随着压力的增加而无限增大的，当颗粒破碎到一定程度时就会停止。 Effective parameters for the particle breakage of calcareous sands:An experimental study （2013）Habib Shahnazari张家铭，蒋国盛. 《颗粒破碎及剪胀对钙质砂抗剪强度研究》张家铭，蒋国盛. 《颗粒破碎及剪胀对钙质砂抗剪强度研究》小结： 不同的钙质砂，其起始破碎围压不同，但一般是在500kpa以上的高围压条件下产生；级配条件对于钙质砂的破碎有显著的影响；随着围压的增加相对破碎增大，但是颗粒破碎并不是随着压力的增加而无限增大的，当颗粒破碎到一定程度时就会停止。 2.2.2 颗粒破碎与强度的关系张家铭，蒋国盛. 《颗粒破碎及剪胀对钙质砂抗剪强度研究》Rowe剪胀方程：其中：φu 为颗粒之间的摩擦角，消除了剪胀作用。考虑颗粒破碎修正的方程：其中：dEB为单位体积试样由于颗粒破碎所消耗的能量； φf 为消除了剪胀和颗粒破碎的摩擦角。表面积增量与轴向应变关系曲线Φu与dSv/dε1关系曲线图：各强度分量试验结果张家铭 钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究针对永暑礁钙质砂进行了大量的三轴排水剪切试验，围压从100kpa到13.8Mpa，相对密实度64%，为中密砂。小结：钙质砂的颗粒破碎与剪胀对其强度有重要影响。低围压下剪胀对其强度的影响远远大于颗粒破碎，而随着围压的增加，钙质砂颗粒破碎加剧，剪胀影响越来越小，而颗粒破