.1438 工程科学学报.第41卷，第11期 表4固结体强度与冻融循环次数的拟合曲线关系式 Table 4 Fitting curve of UCS and the numbers of freeze-thaw cycles 灰砂比 养护龄期/d 拟合曲线公式 b 相关系数，R 3 =2.0367e-0.137N 2.0367 0.137 0.9878 7 0=2.7695e-0.129w 2.7695 0.129 0.9872 28 c=4.1874e0.111W 4.1874 0.111 0.9880 3 0=0.9535e-0.279N 0.9535 0.279 0.9768 1:8 个 0=1.8279e-0.203N 1.8279 0.203 0.9832 28 0=2.3435e-0.158W 2.3435 0.158 0.9485 J 0=0.5929e0.278N 0.5929 0.278 0.9998 1:10 > o=1.0504e0.197N 1.0504 0.197 0.9987 28 0=1.4692e-0.131W 1.4692 0.131 0.9904 =ae-bN(a>O,b>0) (3) 体表观结构的损伤过程：固结体外表面在冻融循 式中：c为固结体的无侧限抗压强度，MPa:N为冻 环5次左右开始出现微裂隙，随着冻融次数的增 融循环次数 加，微裂隙扩展，裂纹条数增加，进而裂隙加深拓 2.2冻融循环对固结体表观结构的影响 宽并向不同方向扩展，形成如图5所示的裂纹.这 冻融循环过程中，固结体表面与外界环境直 种现象是固结体内部孔隙水在冻融作用下反复冻 接接触，受冻融循环影响较大，由于全尾砂固结体 结、融化引起的.在冻结阶段，试样外表面与外界 是多相复合材料，冻融循环过程中固结体强度与 最先接触，其内部孔隙水开始冻结，在冻结时产生 表观结构的损伤密切相关刀试样的表观结构采 的冻胀力作用下，固结体表面颗粒发生错动并不 用高清相机拍照，对比不同循环次数下试样的表 断积累从而产生微裂纹：在融化阶段，固结体内的 面裂隙条数和发育演化过程，并利用Matlab软件 冰晶态的孔隙水（或裂隙水）融化，冻胀力释放，外 对表面裂隙图像进行二值化处理]，定量分析试 界的水分在固结体融化过程中附着在固结体上传 样表面裂隙. 递到内部，固结体含水量增加，在下次冻结过程 以灰砂比为1：8的全尾砂固结体试样为例，图5 中，微裂隙处的水分冻结膨胀，产生更大的膨胀力 给出了经历5、10、15和20次冻融循环后固结体 致使微裂隙宽度加宽，并在外表面和内部延伸、扩 试样的外表面裂隙变化特征，直观地体现了固结 展，如此反复，固结体试样表面就形成了如图5所 (a) (b) 二值化 15次 20 28d 图5不同冻融循环次数后固结体表面裂隙特征及二值化处理.()实际试样：(b)二值化处理后的试样 Fig.5 Characteristics of the cemented mass surface cracks after different freeze-thaw cycles and the binarization processing:(a)actual samples;(b) samples after binarization treatmentσ = ae−bN (a > 0,b > 0) （3） 式中：σ为固结体的无侧限抗压强度，MPa； N 为冻 融循环次数. 2.2    冻融循环对固结体表观结构的影响 冻融循环过程中，固结体表面与外界环境直 接接触，受冻融循环影响较大，由于全尾砂固结体 是多相复合材料，冻融循环过程中固结体强度与 表观结构的损伤密切相关[17] . 试样的表观结构采 用高清相机拍照，对比不同循环次数下试样的表 面裂隙条数和发育演化过程，并利用 Matlab 软件 对表面裂隙图像进行二值化处理[18] ，定量分析试 样表面裂隙. 以灰砂比为 1∶8 的全尾砂固结体试样为例，图 5 给出了经历 5、10、15 和 20 次冻融循环后固结体 试样的外表面裂隙变化特征，直观地体现了固结 体表观结构的损伤过程：固结体外表面在冻融循 环 5 次左右开始出现微裂隙，随着冻融次数的增 加，微裂隙扩展，裂纹条数增加，进而裂隙加深拓 宽并向不同方向扩展，形成如图 5 所示的裂纹. 这 种现象是固结体内部孔隙水在冻融作用下反复冻 结、融化引起的. 在冻结阶段，试样外表面与外界 最先接触，其内部孔隙水开始冻结，在冻结时产生 的冻胀力作用下，固结体表面颗粒发生错动并不 断积累从而产生微裂纹；在融化阶段，固结体内的 冰晶态的孔隙水（或裂隙水）融化，冻胀力释放，外 界的水分在固结体融化过程中附着在固结体上传 递到内部，固结体含水量增加，在下次冻结过程 中，微裂隙处的水分冻结膨胀，产生更大的膨胀力 致使微裂隙宽度加宽，并在外表面和内部延伸、扩 展，如此反复，固结体试样表面就形成了如图 5 所 表 4 固结体强度与冻融循环次数的拟合曲线关系式 Table 4 Fitting curve of UCS and the numbers of freeze-thaw cycles 灰砂比 养护龄期/d 拟合曲线公式 a b 相关系数，R 2 1∶4 3 σ=2.0367e−0.137N 2.0367 0.137 0.9878 7 σ=2.7695e−0.129N 2.7695 0.129 0.9872 28 σ= 4.1874e−0.111N 4.1874 0.111 0.9880 1∶8 3 σ= 0.9535e−0.279N 0.9535 0.279 0.9768 7 σ= 1.8279e−0.203N 1.8279 0.203 0.9832 28 σ=2.3435e−0.158N 2.3435 0.158 0.9485 1∶10 3 σ= 0.5929e−0.278N 0.5929 0.278 0.9998 7 σ= 1.0504e−0.197N 1.0504 0.197 0.9987 28 σ= 1.4692e−0.131N 1.4692 0.131 0.9904 (a) 3 d 5次 10次 15次 20次 二值化 5次 10次 15次 20次 5次 10次 15次 20次 7 d 28 d (b) 图 5    不同冻融循环次数后固结体表面裂隙特征及二值化处理. （a）实际试样; （b）二值化处理后的试样 Fig.5     Characteristics  of  the  cemented  mass  surface  cracks  after  different  freeze-thaw  cycles  and  the  binarization  processing:  (a)  actual  samples;  (b) samples after binarization treatment · 1438 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期