4　顆粒破碎及其對剪應力的影響

4.1　單剪試驗顆粒破碎

珊瑚砂與普通砂的性質有明顯區別，其中一個重要的方面就是珊瑚砂在低應力下即發生顆粒破碎，張家銘等[5-6，15]、孫吉主等[7]、劉崇權等[14]的研究都驗證了這一點。

對各組試驗后的試樣進行了顆粒篩分，分析了單剪試驗引起的顆粒破碎情況，不同法向應力下試樣的顆粒級配曲線如圖5所示。

分析顆粒級配曲線可知，500kPa、1000kPa、1500kPa法向應力下單剪試驗結束后顆粒級配曲線與原始狀態的顆粒級配曲線基本一致，說明在低應力狀態的單剪試驗中，本珊瑚砂試驗樣品的顆粒破碎較弱。待法向應力升高至2000kPa時，顆粒級配曲線產生了明顯的偏移，粒徑小于0.4mm的顆粒含量明顯增加，說明試驗樣品中發生了大量的顆粒破碎，導致小直徑的顆粒含量出現了明顯的增加。

將每區段篩分粒徑的顆粒含量的前后變化情況進行統計，可以獲取不同粒徑范圍內顆粒破碎程度的差異。原始試樣某粒徑范圍內的顆粒含量為W1%，顆粒破碎后同樣粒徑范圍內含量變為W2%，則該粒徑范圍內顆粒含量絕對變化量為ΔW。將絕對變化量除以初始含量W1%，可以得到相對變化量，從而避免各組粒徑本身含量差異高低導致的數據波動，兩種含量的計算公式如下。

絕對含量變化：

相對含量變化：

法向應力2000kPa試驗粒組轉化情況如圖6所示，當相對含量ΔW'為負值的時候，說明此粒徑組的顆粒損失要優于顆粒增加，顆粒破碎占據主導地位。當ΔW'為正值的時候，說明此粒徑組的顆粒增加要優于顆粒損失，其他粒徑組內顆粒破碎導致的本粒徑組的增加要優于本粒徑組內顆粒破碎導致的減少。

在粒徑為1.450mm附近、0.600mm附近、0.100mm附近及＜0.075mm區間的顆粒都呈現了明顯的增加。0.900mm附近是最優勢的顆粒破碎區間，其次是0.160～0.500mm的顆粒區間。這說明在單剪試驗條件下，各粒徑范圍內顆粒破碎的程度是存在差異的，某些粒徑范圍的顆粒發生較顯著的顆粒破碎，而某些粒徑范圍內的顆粒產生破碎的程度較低，顆粒破碎程度在整個粒徑范圍內呈現不規則的分布狀態，其中的規律還需要更多試驗成果的支撐。

4.2　顆粒破碎對剪應力的影響

試驗獲得的剪應力峰值與法向應力之間的對應關系如圖7所示，可以看到本次試驗珊瑚砂強度包線呈下彎趨勢，隨著法向應力的增大，其剪應力的增長幅度在降低。理想砂土材料的剪應力-法向應力關系曲線應當是標準的線性關系，本次試驗所獲得的下彎曲線和理想砂土剪切曲線存在的明顯差異，是和試驗用珊瑚砂顆粒破碎有直接關系的。

呈現整體的剪切破壞單剪試驗中，峰值剪應變對應的剪切位移較大，說明試樣內部進行了充分的相對剪切運動，非常利于顆粒破碎的發生，當法向應力升高，使得顆粒之間的接觸力足夠大，此時再發生顆粒之間的相對運動，便會發生明顯的顆粒破碎。發生破碎的顆粒，其承受的剪切力已經高于自身的破碎應力，剪切能量部分被用于顆粒破碎，從而導致整體試樣的剪應力的降低，并且隨著法向應力的增大，顆粒破碎愈劇烈，剪應力的降低更加顯著，這是本次試驗珊瑚砂強度包線呈下彎趨勢的直接原因。

根據本次試驗剪應力峰值與法向應力的關系求得此類珊瑚砂黏聚力c為5.697kPa、內摩擦角?為26.88°。根據與同類試樣的直剪試驗結果對比可知，單剪試驗計算得出的黏聚力值是偏大的，強度包線呈下彎趨勢，導致擬合的線性曲線截距變大。所以在進行珊瑚砂單剪試驗時，需要注意高法向應力下顆粒破碎對試驗結果影響的問題。