2　单剪试验研究颗粒破碎的优势

直剪试验的示意图如图1（a）所示，将试样装入由上下两部分构成的剪切盒内，首先施加垂直压力，然后沿着水平方向施加剪切力，在上下剪切盒之间形成剪切破坏面。单剪试验示意图如图1（b）所示，试样装入剪切盒中，同样施加垂直力和水平剪切力，但是试样在每个剪切环之间都有剪切变形，是一种整体剪切破坏的形式。

图1　试验示意图

单剪试验和直剪试验有明显的差别，吴明等[10]在其研究中做过详细的阐述，主要体现在单剪试验克服了直剪试验预先规定剪切面的缺点，试样的剪切破坏是整体破坏，剪应变分布非常均匀，可以测试排水或不排水条件下的强度与剪切模量，单剪试样的应力条件较直剪试验更好，可以改善直剪试验剪切面上剪应力分布不均匀、土样剪切破坏先从边缘开始、在边缘发生应力集中、中间试样出现斜剪等的问题。

珊瑚砂是一种容易发生颗粒破碎的特殊砂土，颗粒之间接触力的升高和颗粒之间的相对运动是导致珊瑚砂发生颗粒破碎的两个主要原因，当进行直剪试验时，由于预先规定的单一剪切面，所以试样中发生相对剪切位移的区域是比较少的，集中在剪切面的附近，如图2所示。在大部分区域内颗粒未发生充分相对运动，因此试验完成之后，试样中仅有部分区域的颗粒产生了较充分的破碎。如果将此试验结果用于研究剪切作用导致的颗粒破碎，那么其结果显然是不准确的，会导致颗粒破碎程度的降低。在单剪试验中，每个剪切环之间都有相对位移，所以整个试样的绝大部分区域内剪切应变都是一致的，对于研究剪切作用下珊瑚砂的颗粒破碎是一种更准确有效的方法。

图2　直剪试样变形图

本次试验采用的是英国GDS公司生产的EMDCSS循环动单剪仪，设定试验参数后该仪器可以实现全自动的单剪及循环单剪的试验，并实现数据的高精度采集。剪切盒共有30个重叠的剪切环，每个环的内径为50mm，高度为1mm，表层涂有特富龙材料可以有效降低摩擦，并提供良好约束条件用于维持K0应力状态。试验设计方案见表1。

表1　试验设计方案

试验所采用的试样（图3）取自我国海南省三沙市某珊瑚岛礁，取样现场处于海平面以上，大部分情况下为非饱和状态，当遇到大风浪时会出现海水淹没的情况，从而变成饱和状态。本次试验的试样采用了15%的天然含水率，试样分层装入并击实，控制试样的密实度达到0.7。为了保证各组试样初始颗粒级配的统一，首先称量出所有试验所需的试样量，将试样充分搅拌后平均分成6份，将其中一份作为原始样本，其余5份分别进行100kPa、500kPa、1000kPa、1500kPa，2000kPa法向应力的单剪试验，开展较高法向应力的单剪试验是为了便于颗粒破碎的产生，试验采用的剪切速率为1mm/min，最大剪切位移达到10mm。

图3　试验所用的试样