Lateral deformation and internal stress evolution of calcareous sand with different particle sizes

YUAN Quan; SHI Xu; GAO Yan; JIANG Yuchao; SUN Le

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240232

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Lateral deformation and internal stress evolution of calcareous sand with different particle sizes

Research articles | 更新时间：2025-11-14

- Lateral deformation and internal stress evolution of calcareous sand with different particle sizes
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 64, Issue 2, Pages: 1-11(2025)
- 作者机构：
  
  1.广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州 510010
  2.中山大学地球科学与工程学院，广东珠海 510982
  3.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海 510982
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240232
  CLC： TU41
- Received：15 July 2024，
  
  Accepted：26 August 2024，
  
  Published Online：21 January 2025，
  
  Published：15 March 2025
- 稿件说明：
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袁泉,施旭,高燕等.不同粒径钙质砂的侧限变形及内部应力演化[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(02):1-11.

YUAN Quan,SHI Xu,GAO Yan,et al.Lateral deformation and internal stress evolution of calcareous sand with different particle sizes[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(02):1-11.
袁泉,施旭,高燕等.不同粒径钙质砂的侧限变形及内部应力演化[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(02):1-11. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240232.

YUAN Quan,SHI Xu,GAO Yan,et al.Lateral deformation and internal stress evolution of calcareous sand with different particle sizes[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(02):1-11. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20240232.

摘要

本文通过自设计的亚克力模型盒进行了不同粒径钙质砂侧限压缩与多级蠕变试验，探究了各级应力下不同粒径钙质砂的压缩变形、颗粒破碎特征及内部应力演化规律。研究表明：当竖向应力较低时，钙质砂压缩变形量、蠕变量及蠕变速率随颗粒粒径的增大而减小；当竖向应力较大时，钙质砂压缩变形量、蠕变量及蠕变速率随颗粒粒径的增大而增大。其原因为钙质砂的变形受钙质砂颗粒位置重排列与颗粒破碎共同控制。当竖向应力较小时，颗粒破碎不明显，可忽略不计，钙质砂粒径越大，颗粒形状越不规则，使得颗粒间的咬合力增加，抑制了变形的产生；随着竖向应力的增大，钙质砂发生显著的颗粒破碎，并且粒径越大，颗粒破碎越明显，加剧了变形的产生，并且引起颗粒间接触发生变化，加剧了应力重分布，钙质砂内部竖向及侧向应力大小的分布由Weibull转变到正态分布。蠕变过程中，钙质砂内部应力分布有均匀化趋势。

Abstract

In the study，lateral compression and creep tests were performed on calcareous sands of varying particle sizes using a self-designed acrylic model box. The research focused on investigating the compression deformation， characteristics of particle breakage， and the evolution of internal stress in calcareous sand under various stress levels. The results indicate that when vertical stress is relatively low， the compression deformation， creep strain， and creep rate of calcareous sand decrease as particle size increases. Conversely， under higher vertical stress， these variables increase with particle size. This behavior is attributed to the fact that the deformation of calcareous sand is controlled by the rearrangement of particle positions and the extent of particle breakage. At low vertical stress， particle breakage is minimal and can be overlooked； as the particle size of calcareous sand increases， the irregularity of particle shapes also increases， which enhances inter-particle locking and thus suppresses deformation. However， as vertical stress increases， considerable particle breakage occurs in calcareous sand； moreover， larger particle sizes lead to more significant particle breakage. This exacerbates deformation， alters the particle contacts， and intensifies stress redistribution. Consequently， the distribution of vertical and lateral stresses within the calcareous sand shifts from a Weibull distribution to a normal distribution. During the creep process， the internal stress distribution of calcareous sand tends to become uniform.

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Keywords

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陈莎莎， 2022 . 冲击荷载下钙质砂颗粒破碎的尺寸效应研究［D］. 湘潭：湘潭大学 .

甘怡东，徐东升，魏龙海，等， 2023 . 级配效应下珊瑚砂不排水剪切特性研究［J］. 武汉理工大学学报， 45 （ 7 ）： 95 - 101 .

顾琳琳，余玮平，王建平，等， 2023 . 高应力作用下不同颗粒特征的钙质砂压缩破碎特性［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 51 （ 1 ）： 31 - 38 .

梁珂，岳冲，周正龙，等， 2023 . 考虑级配影响的珊瑚砂最大动剪切模量试验研究［J］. 土木与环境工程学报（中英文）， 45 （ 6 ）： 95 - 103 .

刘崇权，杨志强，汪稔，等， 1995 . 钙质土力学性质研究现状与进展［J］. 岩土力学， 16 （ 4 ）： 74 - 84 .

刘崇权，汪稔，吴新生，等， 1999 . 钙质砂物理力学性质试验中的几个问题［J］. 岩石力学与工程学报， 18 ： 91 - 94 .

孟敏强，袁正鑫，蒋翔，等， 2022 . 钙质砂-石英砂单颗粒破碎-强度-尺寸效应试验研究［J］. 中国科学：技术科学， 52 （ 7 ）： 1035 - 1047 .

闫超萍，龙志林，周益春，等， 2020 . 钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应研究［J］. 岩土力学， 41 （ 2 ）： 581 - 591+634 .

孙刘留，唐小欣，等， 2022 . 珊瑚砂压缩特性研究［J］. 土工基础， 36 （ 4 ）： 645 - 648 .

王新志，翁贻令，王星，等， 2018 . 钙质土颗粒咬合作用机制［J］. 岩土力学， 39 （ 9 ）： 3113 - 3120 .

熊雪梅，郑宇轩，黄俊宇，等， 2023 . 粒径和围压对珊瑚砂侧限压缩性能的影响［J］. 硅酸盐通报， 42 （ 6 ）： 2037 - 2046 .

徐东升，黄明，黄佛光，等， 2020 . 不同级配珊瑚砂水泥胶结体的破坏行为分析［J］. 岩土力学， 41 （ 5 ）： 1531 - 1539 .

赵胜华，赵艳林，何江，等， 2021 . 颗粒级配对南沙珊瑚砂液化特性的影响［J］. 中国科技论文， 16 （ 4 ）： 402 - 407 .

CHEN Y Y ， TANG Y ， GUAN Y F ， et al ， 2023 . Study on the mechanical properties of coral sands with different particle gradations ［J］. Mar Georesour & Geotechnol ， 41 （ 3 ）： 327 - 338 .

RADJAI F ， WOLF D E ， JEAN M ， et al ， 1998 . Bimodal character of stress transmission in granular packings ［J］. Phys Rev Lett ， 80 （ 1 ）： 61 - 64 .

HARDIN B O ， 1985 . Crushing of soil particles ［J］. J Geotech Engrng ， 111 （ 10 ）： 1177 - 1192 .

HASSANLOURAD M ， RASOULI M R ， SALEHZADEH H ， 2014 . A comparison between the undrained shear behavior of carbonate and quartz sands ［J］. Int J Civil Eng ， 12 ： 338 - 350 .

WANG G ， WANG Z ， YE Q ， 2020 . Particle breakage and deformation behavior of carbonate sand under drained and undrained triaxial compression ［J］. Int J Geomech ， 20 ： 3 .

XIAO Y ， YUAN Z ， DESAI C S ， 2020 . Effects of load duration and stress level on deformation and particle breakage of carbonate sands ［J］. Int J Geomech ， 20 ： 7 .

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