工程科学学报.第41卷，第11期：1433-1443.2019年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.11:1433-1443,November 2019 D0L:10.13374.issn2095-9389.2019.02.23.002,http:/ournals.ustb.cdu.cn 冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响 及无损检测研究 侯运炳，张兴四，李攀，丁鹏初，曹曙雄，韩冬 中国矿业大学（北京）能源与矿业学院.北京100083 ☒通信作者，E-mail:361797215@qq.com 摘要尾砂固结排放能有效解决尾砂的处置问题，然而固结后的尾砂堆体多处于地表，其性能受自然环境影响较大.我国 北方地区存在广泛的冻融循环现象，冻融作用会影响固结体的强度和声电特性，为探究冻融循环条件下全尾砂固结体损伤状 态和机制，以李楼铁矿全尾砂固结体为研究对象，对经历不同冻融循环次数的全尾砂固结体试样进行无侧限抗压强度试验、 扫描电镜(SEM)试验、电阻率试验和超声波波速试验，借助Matlab软件二值化数字图像处理技术对试样的表面裂隙进行定 量分析，并利用电阻率和超声波检测技术对固结体试样冻融循环损伤进行联合检测.结果表明：随冻融循环次数的增加，固 结体的无侧限抗压强度呈指数型减小趋势，冻融循环早期(0~5次)固结体的强度减少量最多：冻融循环对固结体的损伤是 逐渐累积的过程，全尾砂固结体表观劣化特征发展过程为：微裂隙萌生一→裂隙延伸发展→外表层破坏一→内部结构破坏：固结 体初始强度越大，表面裂纹数越少：内部微观结构由密实状态向疏松状态转变：固结体无侧限抗压强度与电阻率、超声波纵 波波速呈正相关，遵循对数函数关系，建立了强度-电阻率和强度-超声波波速无损检测模型：电阻率和超声波波速能准确全 面地评价冻融循环条件下全尾砂固结体的损伤状态 关键词冻融循环：全尾砂固结体：无侧限抗压强度：扫描电镜：无损检测 分类号X753:TD862:TD982 Mechanical properties and nondestructive testing of cemented mass of unclassified tailings under freeze-thaw cycles HOU Yun-bing,ZHANG Xing,LI Pan,DING Peng-chu,CAO Shu-xiong,HAN Dong School of Energy and Mining Engineering.China University of Mining and Technology (Beijing),Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:361797215@qq.com ABSTRACT Tailings consolidation discharge can effectively solve the problem of tailings disposal.However,the tailings pile after consolidation is mostly on the surface,and its performance is greatly affected by the natural environment.Freeze-thaw cycles are widespread in northern China.Freeze-thaw has a great influence on the strength,ultrasonic velocity,and electrical resistance characteristics of cemented mass.To explore the damage evolution state and mechanism of the cemented mass of unclassified tailings under freeze-thaw cycle,in this paper,a series of freeze-thaw tests on a cemented mass of unclassified tailings from the Lilou iron mine were performed.Then the cemented mass samples after different runs of freeze-thaw tests were used to conduct uniaxial compressive strength tests,scanning electron microscopy (SEM)test,resistivity test,and ultrasonic wave velocity test.Quantitative analysis of surface crack images of samples was performed using MATLAB-based binarized digital image processing technology,and a test method for joint testing of freeze-thaw cycle damage of cemented mass specimens using electrical resistivity (ER)and ultrasonic pulse velocity 收稿日期：2019-02-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51674263)冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响 及无损检测研究 侯运炳，张    兴苣，李    攀，丁鹏初，曹曙雄，韩    冬 中国矿业大学（北京）能源与矿业学院，北京 100083 苣通信作者，E-mail：361797215@qq.com 摘    要    尾砂固结排放能有效解决尾砂的处置问题，然而固结后的尾砂堆体多处于地表，其性能受自然环境影响较大. 我国 北方地区存在广泛的冻融循环现象，冻融作用会影响固结体的强度和声电特性，为探究冻融循环条件下全尾砂固结体损伤状 态和机制，以李楼铁矿全尾砂固结体为研究对象，对经历不同冻融循环次数的全尾砂固结体试样进行无侧限抗压强度试验、 扫描电镜（SEM）试验、电阻率试验和超声波波速试验，借助 Matlab 软件二值化数字图像处理技术对试样的表面裂隙进行定 量分析，并利用电阻率和超声波检测技术对固结体试样冻融循环损伤进行联合检测. 结果表明：随冻融循环次数的增加，固 结体的无侧限抗压强度呈指数型减小趋势，冻融循环早期（0～5 次）固结体的强度减少量最多；冻融循环对固结体的损伤是 逐渐累积的过程，全尾砂固结体表观劣化特征发展过程为：微裂隙萌生→裂隙延伸发展→外表层破坏→内部结构破坏；固结 体初始强度越大，表面裂纹数越少；内部微观结构由密实状态向疏松状态转变；固结体无侧限抗压强度与电阻率、超声波纵 波波速呈正相关，遵循对数函数关系，建立了强度−电阻率和强度−超声波波速无损检测模型；电阻率和超声波波速能准确全 面地评价冻融循环条件下全尾砂固结体的损伤状态. 关键词    冻融循环；全尾砂固结体；无侧限抗压强度；扫描电镜；无损检测 分类号    X753；TD862；TD982 Mechanical  properties  and  nondestructive  testing  of  cemented  mass  of  unclassified tailings under freeze-thaw cycles HOU Yun-bing，ZHANG Xing苣 ，LI Pan，DING Peng-chu，CAO Shu-xiong，HAN Dong School of Energy and Mining Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: 361797215@qq.com ABSTRACT    Tailings consolidation discharge can effectively solve the problem of tailings disposal. However, the tailings pile after consolidation  is  mostly  on  the  surface,  and  its  performance  is  greatly  affected  by  the  natural  environment.  Freeze-thaw  cycles  are widespread  in  northern  China.  Freeze-thaw  has  a  great  influence  on  the  strength,  ultrasonic  velocity,  and  electrical  resistance characteristics of cemented mass. To explore the damage evolution state and mechanism of the cemented mass of unclassified tailings under freeze-thaw cycle, in this paper, a series of freeze-thaw tests on a cemented mass of unclassified tailings from the Lilou iron mine were performed. Then the cemented mass samples after different runs of freeze-thaw tests were used to conduct uniaxial compressive strength  tests,  scanning  electron  microscopy  (SEM)  test,  resistivity  test,  and  ultrasonic  wave  velocity  test.  Quantitative  analysis  of surface crack images of samples was performed using MATLAB-based binarized digital image processing technology, and a test method for joint testing of freeze-thaw cycle damage of cemented mass specimens using electrical resistivity (ER) and ultrasonic pulse velocity 收稿日期: 2019−02−23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51674263） 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期：1433−1443，2019 年 11 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 11: 1433−1443, November 2019 DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.23.002; http://journals.ustb.edu.cn