^[1]块石胶结充填作为矿山当今乃至今后应对地表塌陷，降低废物排放，控制深部地压的主要方法具有广阔的发展空间与极大地应用前景^[1-3]。目前国内外学者和研究人员已经逐步开始对矿山固废胶结充填体进行专项研究：邓代强、谢和平、吴政等研究提出充填体内部的微观缺陷或不连续现象对充填体宏观力学性能起决定性作用^[4-7]；LEMAITRE在充填体单轴压缩、劈裂拉伸全应力-应变曲线试验的基础上分析充填体的微观破坏特征并建立了压缩、拉伸状态下胶结充填体的损伤演化本构方程^[8-9]；刘志祥等研究了充填体不同配比情况下的力学特性与损伤特征^[10]；李一帆等进行了尾砂胶结充填体材料配比试验并分析了该配比下的充填体强度特性^[11]；韩斌等提出了基于可靠度理论的下向进路充填体强度确定方法和随机参数敏感性分析方法^[12]；韩志型采用数值模拟对上向水平分层充填法采场结构参数进行了研究^[13]；李晓、高建科等在充填体稳定性方面进行了充填法开采引起的地裂缝分析、围岩、充填体变形监测等研究^[14-17]。而对块石胶结充填体在单轴受压下力学特性与其自身块石含量间的关系缺乏系统的试验和研究。

本文在前人研究的基础上，通过块石胶结充填体的室内单轴抗压试验，分析不同块石含量的胶结充填体在单轴压缩状态下的抗压强度、应力-应变特性曲线，得到了不同块石含量下胶结充填体的力学特性。这对采用块石胶结充填的矿山具有一定的指导意义。

1 单轴抗压试验 1.1 块石胶结充填体的制备

为满足试验要求，试样原材料所需的尾砂及废石均来自于某矿山，所有试件参照《SL352-2006水工混凝土试验规程》和《水利水电工程岩石试验规程》的制作标准，块石胶结充填体试件采用分级尾砂与矿山废石胶结充填。试件的相关物理参数如表 1所列：

其中，经激光粒度分析仪测定尾砂的粒径分析结果如表 2所示；块石的质量由粒径为5~10 mm，10~20 mm，20~30 mm 3种废石按照1:1:2的比例组成，经震动筛分块石的粒径分布如表 3所示；制备前需先测定分级尾砂的含水率，根据结果计算拌料时所需要的用水量；制备过程中需注重粒度分布的均匀性，以防试件内部块石与尾砂浆体存在大小不等的气泡，所以采用小木棒在样模中捣实抹平，待试样沉降一段时间后，再用多余的浆体补偿沉降量，重新进行抹平制作成模。

1.2 试验过程

本次试验均采用RMT-150C型液压伺服控制系统，共对4组（A组、B组、C组、D组）20块试件进行单轴抗压试验，试验过程如下图 1所示：

试件均采用位移控制加载方式，速率为0.002 mm/s。将准备好的试件一次性加载直至试件完全破坏。试验前对试件位置进行调整，使得其位于加载轴线上。实验完成后将仪器关闭并做好文件保存与实验室清洁工作。

2 实验结果及分析 2.1 抗压强度与块石含量的关系

通过对试验数据的后续处理，得到了不同块石含量下胶结充填体的单轴抗压强度，具体抗压强度值如表 4。

由于试件制备及养护的原因，造成同组中某个试件的抗压强度值出现与其他试件抗压强度值相差较大的现象，根据试验数据处理的原则对偏离较大的试验值应予以剔除。如A组中4.600 MPa、C组中2.087 MPa、D组中2.609 MPa均需剔除。现取各组有效数据的平均值作为该组的抗压强度值，得到A组抗压强度值为3.800 MPa；B组抗压强度值为4.090 MPa；C组抗压强度值为2.729 MPa；D组抗压强度值为3.333 MPa。各组抗压强度值与块石含量质量百分数的分布情况如图 2所示：

结合不同块石含量的平均抗压强度值及抗压强度值与块石含量质量百分数的分布情况，得出当块石质量百分数为0时，抗压强度值为3.800 MPa；当块石质量百分数为30%时，抗压强度值为4.090 MPa；当块石质量百分数为40%时，抗压强度值为2.729 MPa；当块石质量百分数为50%时，抗压强度值为3.333 MPa。当块石含量从0增加到30%时充填体抗压强度增强，说明块石的加入在一定程度上有利于提高充填体的支承能力；但随着含量从30%增加到40%时充填体的抗压强度出现明显的减小，说明该百分含量的块石没能在宏观上增强充填体的支承能力反而因增加了内部结构而导致强度降低；随着块石含量增加到50%，胶结充填体的抗压强度又出现了上升的趋势，说明因块石增加而产生的内部结构在该百分含量下未能起主导作用。

2.2 应力-应变与块石含量关系

通过对试验数据的处理，得到了不同块石含量下胶结充填体的应力-应变的关系曲线。现每组以三条具有代表性的应力-应变关系曲线为例，如图 3所示：

结合应力-应变曲线分析可得：同组试件中应力-应变曲线的变化规律大致相同，尤其是在前期的初始阶段和弹性阶段不少曲线都出现了重合现象，峰值应力也都出现在某个应变值附近，曲线的波峰即单轴抗压强度也相差不大，说明本次试件制备比较成功，总体上达到了相关规范的要求。综合A组、B组、C组、D组的应力-应变曲线来看，峰值应力随着块石含量的增加出现了先增加后减少再增加的变化规律，与前文中分析抗压强度与块石含量关系时发现的规律是一致的。分析应力-应变曲线中峰值应力前和峰值应力后的曲线段不难发现，随着块石含量的增加曲线段由块石含量为0时的陡增陡降慢慢变成了缓增缓降，且随着含量的增加“缓”的程度在逐渐加大，产生峰值应力前曲线段这一现象的原因可能是块石的加入在充填体内部产生了裂隙且随着块石含量的增加裂隙数量也在增加，产生峰值应力后曲线段即下滑迟缓这一现象的原因可能是充填体破坏后体积扩容。分析四组曲线峰值应力对应的应变，块石含量为0时峰值应力对应的应变在0.006附近，块石含量为30%时峰值应力对应的应变在0.0075附近，块石含量为40%时峰值应力对应的应变在0.010附近，块石含量为50%时峰值应力对应的应变在0.0125附近；说明随着块石含量的增加充填体承受变形的能力在不断增加，产生的原因可能是块石的含量增加导致充填体内部出现了更多的不良结构，这些结构在压力作用下进一步压缩、扩展、贯通在宏观上表现为变形量增大。

3 结论

1）块石胶结充填体的单轴抗压试验表明，同组试件具有相同的变化规律和比较接近的抗压强度；不同组试件之间抗压强度有所不同，当块石质量百分数为0时抗压强度值为3.800 MPa，当块石质量百分数为30%时抗压强度值为4.090 MPa，当块石质量百分数为40%时抗压强度值为2.729 MPa，当块石质量百分数为50%时抗压强度值为3.333 MPa，抗压强度值随着块石含量增加出现了先增后减再增的变化规律。

2）由块石胶结充填体应力-应变曲线可得，随着块石含量的增加应力-应变曲线峰值前、后出现了上升、下降迟缓现象，且块石含量越大此现象越发明显。产生峰值前上升迟缓的原因可能是块石增加导致充填体内部结构增加，在压力作用下结构进一步破坏；产生峰值后下降迟缓的原因可能是充填体破坏后体积扩容。

3）分析四组曲线峰值应力对应的应变可得，块石含量为0时峰值应力对应的应变在0.006附近，块石含量为30%时峰值应力对应的应变在0.0075附近，块石含量为40%时峰值应力对应的应变在0.010附近，块石含量为50%时峰值应力对应的应变在0.0125附近；说明块石的增加有效的提高了充填体的变形能力，但也在一定程度上削减了充填体的支承能力。