尹升华等：含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析 ·13· a1) b1) h2 b3) b4) (cl) (c2) c3) 图4养护龄期延长试件表面裂隙演化灰度图和二值图.(al)~(c1),(a3)~(c3)灰度图：(a2)~(c2),(a4)~(c4)二值图：(al)~ (cl),(a2)~(2)养护28d:(a3)~(3),(4)~(4)养护56d Fig.4 Grayscale and binary images of specimen surface with curing age extension:(al)-(el),(a3)-(c3)grayscale images;(2)-(c2),(4)- (c4)binary images:(al)-(cl),(a2)-(c2)28d:(a)-(3),(a4)-(c4)56d 模量、泊松比等力学参数，这样的试验结果基本是无 低，具有很强的可操作性，可通过多次试验确定判别 效的.分析实验组试件抗压强度与分形维数关系， 阈值，进而指导含硫充填体力学性能研究 如图6可知，试件表面裂隙分形维数与单轴抗压强 4结论 度呈现显著的负相关关系.试件表面裂隙细疏，分 形维数较小，其抗压强度较大：试件表面裂隙粗密， (1)含硫充填体的膨胀行为受含硫组分形式的 分形维数较大，其抗压强度较小.同时，试件表面裂 直接影响.取自尾矿库的尾砂（含硫质量分数 隙分形维数达到1.022时，其单轴抗压强度便降低 3.64%)含硫组分为硫酸盐，制备的充填体并没有 到0.41MPa,由此推断当分形维数达到该值时，再 产生明显膨胀裂隙：以硫精矿配制的高硫尾矿（含 进行强度试验已没有价值，即便获得了试验结果也 硫质量分数7.42%)制备的充填体，养护到一定龄 仅是开裂试件的试验强度，而不能代表含硫充填体 期水泥水化产生的凝胶将尾砂颗粒黏结在一起，但 的真实抗压强度 含硫矿物在水和氧气存在下发生氧化，新生硫酸盐 利用分形维数量化含硫充填体试件表面裂隙的 侵蚀凝胶生成了石膏和钙矾石类膨胀晶体，致使充 发育程度是有效的，不同发育程度的充填体试件强 填体表面在内应力的作用下形成膨胀裂隙. 度试验结果与分形维数存在负相关关系.为此，以 (2)随着养护龄期越长，膨胀裂隙更为发育.通 分形维数判别充填体试件完整性，进而评价抗压试 过数字图像处理技术可知充填体表面裂隙具有明显 验获得强度参数是可行的.当充填体表面裂隙的分 的分形特征，并且随着裂隙的“生长”分形维数不断 形维数达到某判别阈值时便进行强度测试，保证含 增大 硫充填体强度试验的可靠性.并且，充填体表面分 (3)含硫充填体裂隙的“诞生”和“生长”对养 形维数的获取是无损试验，可重复性高，设备要求 护环境十分敏感，即便一致配比的充填体试件，养护尹升华等: 含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析 图 4 养护龄期延长试件表面裂隙演化灰度图和二值图 郾 (a1) ~ (c1), (a3) ~ (c3) 灰度图; (a2) ~ (c2), (a4) ~ ( c4) 二值图; ( a1) ~ (c1), (a2) ~ (c2) 养护 28 d; (a3) ~ (c3), (a4) ~ (c4) 养护 56 d Fig. 4 Grayscale and binary images of specimen surface with curing age extension: (a1)鄄鄄 (c1), (a3)鄄鄄 (c3) grayscale images; (a2)鄄鄄 (c2), (a4)鄄鄄 (c4) binary images; (a1)鄄鄄 (c1), (a2)鄄鄄 (c2) 28 d; (a3)鄄鄄 (c3), (a4)鄄鄄 (c4) 56 d 模量、泊松比等力学参数,这样的试验结果基本是无 效的. 分析实验组试件抗压强度与分形维数关系, 如图 6 可知,试件表面裂隙分形维数与单轴抗压强 度呈现显著的负相关关系. 试件表面裂隙细疏,分 形维数较小,其抗压强度较大;试件表面裂隙粗密, 分形维数较大,其抗压强度较小. 同时,试件表面裂 隙分形维数达到 1郾 022 时,其单轴抗压强度便降低 到 0郾 41 MPa,由此推断当分形维数达到该值时,再 进行强度试验已没有价值,即便获得了试验结果也 仅是开裂试件的试验强度,而不能代表含硫充填体 的真实抗压强度. 利用分形维数量化含硫充填体试件表面裂隙的 发育程度是有效的,不同发育程度的充填体试件强 度试验结果与分形维数存在负相关关系. 为此,以 分形维数判别充填体试件完整性,进而评价抗压试 验获得强度参数是可行的. 当充填体表面裂隙的分 形维数达到某判别阈值时便进行强度测试,保证含 硫充填体强度试验的可靠性. 并且,充填体表面分 形维数的获取是无损试验,可重复性高,设备要求 低,具有很强的可操作性,可通过多次试验确定判别 阈值,进而指导含硫充填体力学性能研究. 4 结论 (1)含硫充填体的膨胀行为受含硫组分形式的 直接影 响. 取 自 尾 矿 库 的 尾 砂 ( 含 硫 质 量 分 数 3郾 64% )含硫组分为硫酸盐,制备的充填体并没有 产生明显膨胀裂隙;以硫精矿配制的高硫尾矿(含 硫质量分数 7郾 42% )制备的充填体,养护到一定龄 期水泥水化产生的凝胶将尾砂颗粒黏结在一起,但 含硫矿物在水和氧气存在下发生氧化,新生硫酸盐 侵蚀凝胶生成了石膏和钙矾石类膨胀晶体,致使充 填体表面在内应力的作用下形成膨胀裂隙. (2)随着养护龄期越长,膨胀裂隙更为发育. 通 过数字图像处理技术可知充填体表面裂隙具有明显 的分形特征,并且随着裂隙的“生长冶分形维数不断 增大. (3)含硫充填体裂隙的“诞生冶 和“生长冶 对养 护环境十分敏感,即便一致配比的充填体试件,养护 ·13·