钙质砂广泛分布于热带、亚热带岛礁及近陆海床,随着对南海的开发和建设的进行,近年来被大量用于南海岛礁建设中,期间遇到诸多工程建设问题,因此对钙质砂的力学特性研究极为迫切。钙质砂具有易破碎、形状不规则、内孔隙发育等特点,其物理力学特性与陆源砂存在显著的差别。颗粒破碎改变砂的颗粒组成和颗粒形状,是影响钙质砂的力学特性的重要因素之一。因此本文通过一系列试验对钙质砂的强度,颗粒破碎及颗粒形状进行研究。通过单颗粒测试仪对单个颗粒进行强度测试,运用Weibull统计分析颗粒的破碎强度,研究颗粒的破碎形式与颗粒形状的关系,结果表明:不同形状的颗粒其破碎形式不同,在本试验中颗粒破碎主要有三种形式,扁平度与圆度越大其破碎后的颗粒越小;不同粒径的Weibull模数不同,特征应力也不同,平均粒径为1.79mm、3.63mm和8.15mm的颗粒对应的特征应力σ分别为11.23 MPa、7.31MPa和4.62MPa,表明粒径越大其破碎强度越低,表现出明显的尺度效应。通过不同相对密度及围压下钙质砂的三轴试验研究钙质砂的应力应变曲线的变化及强度的组成,结果表明:颗粒间的滑动标志着应力达到极限状态,而颗粒破碎会阻碍应力达到极限状态,在本实验条件下,低围压下颗粒相对运动形式为滑移,剪切带形成,应力应变曲线为软化型;高围压下颗粒破碎在剪切过程中始终发生,使应力不到极限状态,使应力应变曲线呈应变硬化型;钙质砂的强度主要由剪胀,颗粒的滑移定向排列及颗粒破碎三者的共同作用影响。通过颗粒筛分,引入Hardin的相对破碎率研究颗粒破碎影响因素,颗粒破碎与塑性功的关系及颗粒破碎对强度的影响,结果表明:相对密度对颗粒破碎的影响小于围压对破碎影响。随围压的增大颗粒破碎增量逐渐减小,直到破碎达到一个上限值,此时围压和相对密度对颗粒破碎影响很小;相对破碎率随塑性功呈非线性递增且增量逐渐减小;在低围压下钙质砂强度主要由剪胀和咬合提供,高围压下颗粒破碎严重,使体变从剪胀逐渐发展到剪缩,且破碎越严重剪缩越严重,剪胀消失,咬合减小,使峰值摩擦角减小,抗剪强度降低。通过光学显微镜获得钙质砂颗粒的轮廓图像,用图像处理软件提取颗粒形状参数及分形维数,分析钙质砂试验前后颗粒形状的变化,结果表明:颗粒的形状参数扁平度和圆度随粒径的减小而增大,颗粒的破碎具有分维特性。