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矸石充填材料本质上是一种非连续介质,在夯实系统夯实力与上覆岩层压力的作用下,矸石块体将发生旋转、滑移、咬合及破碎现象。充填体的压实变形特性应考虑矸石岩性、粒径级配及夯实力等主控因素的影响,从而为深入研究矸石充填体控制岩层移动机理提供理论基础。本论文基于影响充填体压实变形的主控因素,研制了散体充填材料双向加载试验系统,并综合运用理论分析、试验测试、数值模拟及工程实践等研究方法,测试了充填矸石的瞬时与蠕变压实力学特性,构建了多因素耦合作用下矸石充填材料瞬时压实本构方程与蠕变压实NMK本构模型;分析了充填矸石压实变形颗粒结构形态演化特征,揭示了矸石充填材料压实变形细观机理;建立了矸石充填材料控制采场顶板力学模型,揭示了充填体控制岩层移动机理,提出了矸石材料充填开采设计方法。取得了以下创新性成果:(1)提出了散体充填材料压实力学特性测试方法,研制了散体充填材料双向加载试验系统,测试得到了矸石岩性、粒径级配、侧向应力与侧压次数4种主控因素与瞬时压实特性的关系,构建了多因素耦合作用下矸石充填材料瞬时压实变形本构方程。(2)测试了不同加载应力水平下充填矸石蠕变压实特性,构建了分数阶矸石充填材料蠕变压实NMK本构模型,推导了NMK本构模型的三维蠕变方程,辨识了NMK本构模型的参数,实现了NMK本构模型的二次开发。(3)研究得到了矸石块体的边界轮廓特征,建立了矸石块体随机生成方法,分析了矸石充填材料压实变形、颗粒簇分布及颗粒结构形态演化特征,揭示了矸石充填材料压实变形细观机理。(4)建立了矸石充填材料控制采场顶板下沉力学模型,分析了主控因素影响顶板下沉的规律,揭示了矸石充填体控制岩层移动机理;提出了矸石材料充填开采设计方法,并进行了具体工程案例分析,验证了研究成果的合理性。