侯运炳等：冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响及无损检测研究 1439 示的裂纹.随着冻融循环的进行，裂纹不断向内部 隙所占像素个数，0表示裂隙像素的占比.从表中 扩展，固结体的结构不断被破环从而降低了其强 可以看出，随着冻融循环次数的增加，裂隙所占像 度.从宏观表面上看，随着冻融循环的进行，全尾 素逐渐增多，无裂隙部分像素逐渐减少，裂隙像素 砂固结体表观劣化特征发展过程为：微裂隙萌生一→ 占比不断增大，可见冻融循环对固结体的损伤是 裂隙延伸、发展→外表层破坏→内部结构破坏 逐渐累积的过程 为了定量分析冻融循环对固结体的表观结构 23冻融循环对微观结构的影响 的影响，借助Matlab软件对固结体表面裂隙图像 对比500、1000、5000和10000这4种不同放 进行二值化处理，以灰砂比为1：8的固结体试样 大倍数的固结体显微照片，发现10000倍的显微照 为例，处理后图像如图5所示.可以清晰地看出冻 片包含更丰富的微观信息.以灰砂比1：8，养护龄 融循环过程中固结体外表面裂隙从无到有，不断 期28d的全尾砂固结体试样为例，图6分别给出 延伸扩展的发育情况.二值化后固结体侧面裂隙 了放大倍数为10000倍的经历0,5,15和20次冻 的二值化图片参数值，如表5所示.通过获取裂隙 融循环后的全尾砂固结体试样扫描电镜图像.从 面积占固结体面积的百分比可以较好地显示冻融 图中可以看出：在试样未进行冻融及冻融循环初 循环对固结体表面的影响情况.S表示二值化图 期(0~5次)，固结体内部呈絮状结构，整体结构相 中无裂隙部分的像素个数，S2表示二值化图中裂 对密实、孔隙少且小：当冻融循环次数为15次时， 表5二值化参数值 Table 5 Value of the binarization parameter 养护3d 养护7d 养护28d 编号 S S52 9 S S2 S S52 C878-0 0.007 178838 1329 0.014 177740 2537 0.031 175290 5565 C878-5 0.008 178691 1512 0.021 176748 3757 0.047 172967 8622 C878-10 0.027 175861 4795 0.028 175461 5146 0.055 171324 10059 C878-15 0.003 179549 560 0.011 178442 1987 0.011 178529 2005 C878-20 0.009 178684 1546 0.014 177961 2555 0.019 177348 3368 d 图6不同冻融循环次数下固结体微观结构.(a)0次，(b)5次：(c)15次；(d)20次 Fig.6 Microstructure of cemented mass after different freeze-thaw cycles:(a)0 times;(b)5 times;(c)15 times,(d)20 times示的裂纹. 随着冻融循环的进行，裂纹不断向内部 扩展，固结体的结构不断被破坏从而降低了其强 度. 从宏观表面上看，随着冻融循环的进行，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. 为了定量分析冻融循环对固结体的表观结构 的影响，借助 Matlab 软件对固结体表面裂隙图像 进行二值化处理，以灰砂比为 1∶8 的固结体试样 为例，处理后图像如图 5 所示. 可以清晰地看出冻 融循环过程中固结体外表面裂隙从无到有，不断 延伸扩展的发育情况. 二值化后固结体侧面裂隙 的二值化图片参数值，如表 5 所示. 通过获取裂隙 面积占固结体面积的百分比可以较好地显示冻融 循环对固结体表面的影响情况. S1 表示二值化图 中无裂隙部分的像素个数，S2 表示二值化图中裂 隙所占像素个数，φ 表示裂隙像素的占比. 从表中 可以看出，随着冻融循环次数的增加，裂隙所占像 素逐渐增多，无裂隙部分像素逐渐减少，裂隙像素 占比不断增大，可见冻融循环对固结体的损伤是 逐渐累积的过程. 2.3    冻融循环对微观结构的影响 对比 500、1000、5000 和 10000 这 4 种不同放 大倍数的固结体显微照片，发现 10000 倍的显微照 片包含更丰富的微观信息. 以灰砂比 1∶8，养护龄 期 28 d 的全尾砂固结体试样为例，图 6 分别给出 了放大倍数为 10000 倍的经历 0，5，15 和 20 次冻 融循环后的全尾砂固结体试样扫描电镜图像. 从 图中可以看出：在试样未进行冻融及冻融循环初 期（0～5 次），固结体内部呈絮状结构，整体结构相 对密实、孔隙少且小；当冻融循环次数为 15 次时， 表 5 二值化参数值 Table 5 Value of the binarization parameter 编号 养护3 d 养护7 d 养护28 d φ S1 S2 φ S1 S2 φ S1 S2 C878-0 0.007 178838 1329 0.014 177740 2537 0.031 175290 5565 C878-5 0.008 178691 1512 0.021 176748 3757 0.047 172967 8622 C878-10 0.027 175861 4795 0.028 175461 5146 0.055 171324 10059 C878-15 0.003 179549 560 0.011 178442 1987 0.011 178529 2005 C878-20 0.009 178684 1546 0.014 177961 2555 0.019 177348 3368 (a) (b) (c) (d) 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 孔隙 孔隙 孔隙 图 6    不同冻融循环次数下固结体微观结构. (a) 0 次; (b) 5 次; (c) 15 次; (d) 20 次 Fig.6    Microstructure of cemented mass after different freeze-thaw cycles: (a) 0 times; (b) 5 times; (c) 15 times; (d) 20 times 侯运炳等： 冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响及无损检测研究 · 1439 ·