尾砂是金属矿选矿之后剩余的暂时不能利用的固体废弃物,单纯地将尾砂排放到尾矿库已经不能满足人们日益提高的安全及环保意识,为解决这一问题,尾砂固结排放技术应运而生。本文以季节性寒区全尾砂固结排放技术应用为背景,开展了冻融循环对全尾砂固结体物理力学特性的研究。围绕固结体冻融循环的问题,论文进行了大量而有系统的室内试验,包括新型胶凝材料的研究试验、单轴压缩试验、XRD测试试验、热重分析试验、SEM测试试验、压汞试验、不同冻结温度下的冻融循环试验、超声波检测试验、电阻率检测试验等。全面了解了全尾砂固结体在冻融循环过程中的物理力学特性,进而深入分析了固结体冻融损伤劣化机理及其影响因素,构建了全尾砂固结体冻融过程中的THM多场耦合模型并进行了数值模拟。论文主要开展了以下几方面的研究:(1)全尾砂固结体新型胶凝材料的研究。对以粒化高炉矿渣为主要成分的新型胶凝材料进行正交试验,并对单轴抗压强度试验数据进行极差分析和方差分析,得到了新型胶凝材料的配比。研究了养护龄期为3天、7天和28天时,全尾砂固结体添加新型胶凝材料与添加普硅42.5#水泥水化产物种类和量的变化以及水化产物形态的差异。分析了由此对抗压强度的影响,以及随养护龄期的增长,添加新型胶凝材料和普硅水泥的固结体孔隙体积和最可几孔径的变化原因。(2)冻融循环作用下全尾砂固结体破坏特征研究。对养护龄期为3天、7天和28天的全尾砂固结体分别开展了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃时的冻融循环试验,以及冻融循环后的单轴压缩试验,XRD试验,热重分析试验和SEM试验,研究了冻融循环对全尾砂固结体力学破坏的影响,固结体宏观及微观的破坏形态,水化产物物相变化及冻融损伤机理,建立了固结体损伤量与冻融次数之间的函数关系,并得到了损伤率与冻融次数之间的关系式。(3)冻融循环对全尾砂固结体微观孔结构特性的影响研究。对养护7天和28天的全尾砂固结体进行了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃条件下循环20次的冻融试验和冻结温度为-10℃条件下不同循环次数的冻融试验,随后分别对其进行压汞试验。研究了不同养护龄期和冻结温度条件下固结体的孔径分布,冻结温度、冻融次数对全尾砂固结体孔结构参数的影响,建立了孔隙体积和孔隙率对固结体损伤的函数关系。(4)冻融循环作用下全尾砂固结体无损检测试验研究。对养护3天、7天和28天的全尾砂固结体进行了冻结温度为-5℃、-10℃和-15℃条件下的冻融循环试验、超声波检测试验和电阻率检测试验。研究了冻融循环过程中养护龄期、冻结温度、冻融次数对固结体超声波波速和电阻率的影响,建立了超声波波速与冻融循环次数之间的函数关系以及电阻率与冻融循环次数之间的函数关系。将超声波测试、电阻率测试与单轴抗压强度测试结果联系,结合超声波和电阻率的检测原理,阐明了两种无损检测技术在工程应用中的适用性和条件。(5)分析了全尾砂固结体冻融过程中温度场、渗流场、应力场的耦合关系,建立了温度场-渗流场-应力场的多场耦合模型,并将构建的数学模型嵌入到COMSOL Multiphysics软件中,对比实验室试验验证了构建模型的正确性,并对不同冻融次数下固结体的耦合行为进行了模拟。