最小孔隙比是衡量砂土堆积结构密实程度的重要指标,与砂土的变形和力学特性密切相关。影响最小孔隙比的因素较多,其中最为主要的影响因素是砂土的粒度分布与颗粒形状。本研究简化了天然砂土的粒度分布,对两种不同粒组颗粒混合而成的二元混合物开展研究,分析最小孔隙比的影响因素,以建立二元混合物最小孔隙比的预测模型。其研究内容和主要结论有:(1)采用三种不同产地天然砂以及形状较为规则的替代颗粒作为研究对象,通过标准筛分实验与改进的振动击实试验测定二元混合物的最小孔隙比。试验结果显示,二元混合物无论是砂土还是替代颗粒,最小孔隙比emin均随细颗粒含量y2增加的变化曲线呈现先减小后增大的“V”型曲线变化趋势,最小孔隙比存在极小值(emin)min,对应的细颗粒含量为最优含量y2p,约占二元混合物总质量的30%。(2)在二元混合物的最小孔隙比随细颗粒含量增加的变化规律基础上,提出了二元混合物主导颗粒网络结构理论模型,经理论公式推导,建立了二元混合物细颗粒最优含量预测理论模型。实测值与预测值的比较证明,模型对二元混合物细颗粒最优含量值预测具有较高的准确性。(3)提出了三种天然砂及替代颗粒混合物整体形状参数的确定方法,明确了球形度在影响颗粒堆积结构的因素中起主要作用,二元混合物最小孔隙比极小值不仅粒度分布有关,还与颗粒形状也密切相关。在粒度分布和细颗粒含量相同时,二元混合物颗粒的形状较规则,形成的最小孔隙比较小。(4)对粒度分布、颗粒形状与最小孔隙比极小值之间关系进行探究,建立了砂土二元混合物最小孔隙比极小值预测模型,研究表明最小孔隙比极小值(emin)min与粒径比d/D存在指数函数关系。模型中分别采用粒径比d/D考虑粒度分布影响,采用参数T与二元混合物的加权球形度之间的函数关系考虑颗粒形状的影响。将实测最小孔隙比极小值与预测值进行对比,发现二者有较高的吻合度。(5)将二元混合物emin～y2关系的“V”型曲线简化为折线,拐点坐标为(y2p,(emin)min),点(0,e1)为折线的起点,点(1,e2)为折线的终点,其中e1、e2分别为粗、细颗粒的最小孔隙比。由折线方程可近似估算任意细颗粒含量砂土的最小孔隙比,从而建立基于粒度分布与颗粒形状的二元混合物最小孔隙比预测模型,试验验证显示预测模型具有较好的适用性。