吹填珊瑚钙质砂建设人工岛是维护国家海洋权益的手段之一。由于珊瑚钙质砂具有颗粒易破碎性，建设的围堰在台风等极端气候下容易发生崩塌和溃堤风险，研究岛礁稳定性问题对于推进岛礁岩土工程建设具有重要的理论和现实意义。采用水泥加固是软土地基加固处理的常用方法，尤其是当地基以砂土为主时水泥的加固效果更加显著。在室内制备水泥土试样进行无侧限抗压强度试验时，由于钙质砂颗粒粒径较大，需要采用较大尺寸试样，否则将产生试验结果随试样尺寸变化的尺寸效应。但是究竟多大试样尺寸才可忽略尺寸效应，目前尚无相应的研究成果。

尺寸效应作为准脆性材料的固有性质之一，水泥砂浆、混凝土、水泥土强度的尺寸效应均有学者进行相关研究。

水泥砂浆抗压强度随试样尺寸的增大而减小。其中，苏捷等[1]的试验用土为中砂，试样边长分别为70、100、150、200 mm的立方体；熊良宵等[2]的试验用土选用0.5～1.0 mm的标准砂，立方体试样的边长为70.7、100、150 mm。

Elfahal等[3]对高强度混凝土抗压强度的尺寸效应进行了一系列试验研究，认为造成高强度混凝土尺寸效应比普通混凝土明显的原因是随着强度的增大，脆性增大。苏捷等[4]在对比普通混凝土和高强混凝土抗压强度的尺寸效应时，试验结果表明边长200 mm和150 mm的混凝土试样的立方体抗压强度均小于边长100 mm试样的抗压强度，即试样尺寸较大时，其抗压强度较低；混凝土立方体抗压强度具有较明显的尺寸效应且随着强度等级提高，尺寸效应有增大趋势。周红[5]的混凝土强度尺寸效应研究得到了同样的结果，即混凝土抗压强度随试样尺寸的增加而减小。周红采用的粗骨料最大粒径不超过20 mm，试样为立方体和圆柱体，边长或直径为150、250、350、450 mm，径高比均为1∶2。

关于水泥土强度的试样尺寸效应。陈甦等[6]使用的是过5 mm筛的土样，试样为直径70 mm、高径比分别为1和2的圆柱体，以及边长为70.7 mm和150 mm的立方体。同样得到水泥土强度随试样尺寸减小的结论。王珍兰等[7]利用最大粒径不超过2 mm的砂质土，试样为高和直径均为70.7 mm和100 mm的圆柱体，及70.7 mm边长的立方体，研究了砂质水泥土的无侧限抗压强度的尺寸效应。试验结果发现，高和直径为100 mm的圆柱体试样的无侧限抗压强度低于高和直径为70.7 mm的圆柱体试样的强度。汪水银等[8]在研究水泥稳定碎石强度的尺寸效应时，选取碎石最大粒径为31.5 mm，试样尺寸为100 mm和150 mm的圆柱体，直径与高度相同，其试验结果为试样尺寸越大强度越高，与其他学者结论不同。

综上所述，试样尺寸效应的研究目前对混凝土和水泥砂浆较多，而对钙质砂等粗粒土水泥土研究较少，且没有统一的评价参数对尺寸效应进行评价，也没有评价指标和评价方法。用于研究强度特性的试验结果可能含有试样尺寸效应。

通过固定石英砂颗粒粒径级配、变化石英砂水泥土试样尺寸，讨论粗粒土水泥土的无侧限抗压强度试验的试样尺寸效应。基于试验结果，分别建立无试样尺寸效应的强度值、反映尺寸效应强弱的评价指标与评价参数(试样最小尺寸与粒径的比值)之间的关系，给出合理的试样尺寸建议。并对比研究钙质砂水泥土与石英砂水泥土的强度特性。

1试验概况

1.1 试验材料

试验用土为钙质砂和石英砂。为研究试样尺寸与颗粒粒径的比值对水泥土无侧限抗压强度的影响，试验时固定粒径级配变化试样尺寸。考虑到制备试样的最大模具有限，作为试验用土，对钙质砂用20 mm标准筛过筛，去除20 mm以上的颗粒，图1给出了调配前后钙质砂的颗粒粒径级配。

因为石英砂来源充足，所以研究水泥土试样的尺寸效应以石英砂为主，并为对比研究钙质砂水泥土与石英砂水泥土的强度特性，人工调配商品石英砂，使其颗粒粒径级配与钙质砂的颗粒粒径级配相似，以此作为试验用土，图1同时给出了人工调配石英砂的颗粒粒径级配。

如图1所示，试验用土最大粒径dmax=20 mm。钙质砂和石英砂中粒径超过5 mm的含量分别为15.2%和16.4%；0.075～2 mm的含量分别为71.1%和73.7%；大于0.5 mm含量分别为50.5%和56.6%。按照《建筑地基基础设计规范》[9]进行分类属于粗砂；按照《建筑用砂标准》[10]分类均为中砂。

图1 试验用土粒径级配累积曲线及分类Fig.1 Cumulative curve and classification of particle size gradation of test soil

图2为粒径调整前后钙质砂和调整后的石英砂。依据《土工试验方法标准》[11]测得钙质砂的比重为2.71、含水量为0.02%；石英砂的比重为2.61和含水量为0.01%。

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