随着我国海洋科技的逐步革新以及海洋强国战略的逐步推进,南海岛礁工程建设已得到飞速发展。在海洋工程建设过程中,钙质砂作为一种重要的地基材料得到十分广泛应用。由于钙质砂成因与一般陆源砂存在显著区别,因而其物理力学特征亦不同于一般陆源砂。在采用钙质砂作为建筑材料进行工程建设过程中,针对陆源砂所构建的常规工程建设理论和技术存在一定不足,因此,需进一步针对钙质砂物理力学特征进行深入探究,从而为形成针对钙质砂的工程建设理论和技术提供相应的支撑。考虑到实际海洋建设工程中仍存在军事抗打击、波浪荷载作用、施工及长期沉降等应变率相关问题,本研究着重针对钙质砂率相关宏细观力学行为进行深入探究,侧重于其颗粒破碎与应变率效应关联特征,并采用多种类别室内试验以及数值试验对其进行分析。基于上述工作,取得了如下研究结果:（1）针对原状钙质砂基本物理特征进行测定,着重分析其原状试样级配特征、比重以及相对密实度等基本物理性质。此外,针对钙质砂形状复杂以及多孔隙两重要特征进行定量化表征。结果表明钙质砂比重较一般石英砂高,为2.79。随着颗粒尺寸的减小,钙质砂颗粒形状及其孔隙形状均更为规则,孔隙等轴性更好。（2）分别针对单颗粒钙质砂破碎行为的尺寸效应、率效应以及垫效应进行系统的室内试验和数值研究,明确了单颗粒钙质砂颗粒破碎强度及破坏模式的尺寸、加载速率以及配位数相关性。随着颗粒尺寸、加载速率以及配位数的增加,钙质砂颗粒破碎特征强度增加,颗粒破碎强度的离散性增加,颗粒破坏模式亦发生转变。在此基础上,进一步利用反函数法构建得到可表征颗粒破碎强度尺寸效应、率效应以及垫效应耦合作用的随机化方程,所提出方程可有效表征单颗粒钙质砂在不同工况条件下的颗粒破碎强度分布特征。（3）依据颗粒破碎强度特征以及颗粒破碎模式特征,有效地将颗粒破碎强度的离散化方程引入离散元数值模型,从颗粒尺度实现了室内试验与数值试验的有效关联。此外,进一步基于离散单元法基本理论框架,提出一种全新的离散元颗粒破碎模拟方法。将所提出颗粒破碎模拟方法嵌入离散单元法计算程序中,并通过室内试验对所提出方法进行验证,从宏观响应和颗粒破碎响应两个层面充分验证了所提出颗粒破碎模拟方法的有效性以及合理性,可认为该方法有效规避了传统离散元颗粒破碎模拟方法易出现的质量体积不守恒以及局部应力引入等问题,并可在一定程度上反映颗粒破碎模式的复杂性。（4）以室内三轴试验为基础,针对钙质砂试样剪切行为的率相关性进行研究。针对不同相对密实度和不同围压条件下的试样强度特征以及变形特征进行率相关分析。结果表明随着剪应变率的增加,钙质砂试样剪切强度增加,剪胀特征更为显著。从颗粒破碎角度而言,随剪应变率的增加,试样颗粒破碎程度降低。此外,将所构建单颗粒钙质砂强度方程引入离散单元法中构建对应三轴试验数值模型,分析了其率效应细观作用机制,认为钙质砂剪切行为的率相关性由颗粒破碎作用分量和颗粒重排作用分量两部分组成。另外,采用细观参数以及物理性质一致的数值模型进行不破碎颗粒材料的率相关剪切行为特征分析,并通过对比可破碎与不可破碎试样剪切行为的率相关性,发现不可破碎试样剪切行为的率相关性较弱,进一步对比两类试样剪切行为特征,对颗粒破碎效应进行了定量化分析,分别给出了钙质砂强度特征以及率效应的颗粒破碎作用分量。（5）基于等应变速率固结试验以及分离式霍普金森压杆试验,探究钙质砂试样压缩特征的率相关性,分别针对中低应变率条件以及高应变率条件下钙质砂压缩行为进行分析。钙质砂压缩过程中屈服应力随应变率的增加逐渐增加,在中低应变率条件下,试样内部最终颗粒破碎程度随应变率的增加而降低,对于高应变率条件而言,试样内部最终颗粒破碎程度随应变率的增加而增加,但其增长趋势并不显著。（6）以一维压缩蠕变试验为基础,探究钙质砂时效变形行为特征。分别将颗粒时效破碎模型及速率过程理论引入离散单元法中以模拟可破碎和不可破碎砂性土体的蠕变行为。结果表明钙质砂蠕变行为呈现出典型的非线性特征,可划分为瞬时蠕变,衰减蠕变以及稳定蠕变三个阶段,颗粒破碎主要发生在衰减蠕变阶段。