由于井下矿井水成分复杂,采空区内的充填体会遭受到矿井水中各种离子侵蚀,尤其是氯化物矿井水广泛分布于各个矿区,具有强渗透性的氯离子侵蚀使充填体结构逐渐劣化,继而充填体结构承载力和耐久性急剧下降,导致充填失效或局部失效。本文依托于山东省自然科学基金项目,针对采空区内充填体所处的氯盐环境,采用理论分析和室内实验方法,开展氯盐侵蚀下充填体的力学性能、损伤特征、渗透性及微观变化研究,综合分析其损伤劣化机理,主要结论如下:(1)研究了一种粉煤灰-水泥-矿渣-生石灰胶凝体系充填材料。使用正交试验设计,分析了水泥占胶结料百分比A、胶结料占充填材料百分比B、料浆质量浓度C、石灰掺量D四个因素对充填性能的影响规律。最终获得的配比为,水泥:矿渣:粉煤灰=6:4:90,生石灰掺量为2%,质量浓度为62%。(2)根据获得的配比制作标准试件进行侵蚀试验,侵蚀试验表明,充填体试件在受到侵蚀后表面发生粉状剥落,抗压强度和弹性模量在侵蚀前期有一定程度的增长,之后显著下降,侵蚀结束后分别下降32.24%和38.19%。基于应变等效性假设,构建充填体损伤本构方程,绘制损伤变量-应变关系曲线反映充填体的5个损伤发展阶段,随着侵蚀龄期增加,初始无损伤阶段持续时间减少,充填体初期损伤增多;初期损伤阶段曲线斜率增大,损伤发展增快;损伤发展阶段损伤上升趋势减弱,塑性增强;临界损伤变量在侵蚀末期较初期增长86.31%,显著升高,反映为峰值强度降低。(3)侵蚀试验过程中对各龄期的试件进行渗透性测试,氯离子渗透深度随着侵蚀龄期的增加呈现为线形函数变化规律,氯离子表观扩散系数随着侵蚀龄期增加呈现幂函数变化规律。总体来说,粉煤灰充填材料氯离子表观扩散系数较普通混凝土材料高出数十倍,渗透性很高,氯盐侵蚀环境中氯离子稳步向材料深部扩散,使得充填体劣化区域扩大,承载能力下降,不利于充填体维持良好的耐久性能。(4)测试不同侵蚀龄期各试件的水化产物和微观结构变化,结合宏观试验结果,将充填体损伤劣化划分为3个阶段:在第I阶段,有益侵蚀阶段,材料强度性能提高,渗透性降低。是由于氯盐的侵入,水化产物增多和Friedel’s盐的形成了“离子扩散屏蔽层”,抑制氯离子的侵蚀;在第Ⅱ阶段,损伤累积阶段,充填体强度和弹性模量开始降低,塑性增强,充填体材料的结构破坏是由物理结晶和化学反应生成膨胀产物导致,它们在材料内部形成局部应力,导致材料内部出现小裂缝;在第Ⅲ阶段,劣化阶段,强度值和弹性模量值急剧下降,材料在氯盐的溶出性侵蚀、溶解性侵蚀及膨胀性侵蚀的共同作用下,孔隙和裂缝继续膨胀并相互连接形成较大的裂缝,导致内部结构松散,劣化区域不断扩展,降低了充填体的承载能力和耐久性能。