中国有丰富的矿产资源,矿产资源的开发产生了大量的尾砂。自2009年之后,国内尾砂的产生量每年都在10亿吨以上。选矿尾砂作为主要的惰性材料充填于地下采空区已经成为代替地表堆存的有效方法。然而,尾砂胶结充填体的结构与性能的关系还不明确；含硫量对于孔隙结构和强度的发展的影响机理研究还不够透彻；硫酸盐侵蚀条件下的固结体的损伤规律需要探讨；超细尾砂(粒径<20μm)含量对于浆体的流变特性和流动性能的影响,以及对孔隙结构以及抗压强度的影响规律需要深入研究。本文研究了硫酸盐侵蚀条件下固结体的抗压强度和损伤演化规律；超细尾砂含量的变化对于浆体流变形态、抗压强度和孔隙结构发展的影响；改进了总孔隙率-强度模型,并建立了超细尾砂含量-抗压强度模型。在大量室内试验数据的基础上,从宏观和微观等角度,对充填体性能的重要影响因素做了较为系统的研究和理论分析。基于试验结果,论文主要的研究结论有,(1)在室内应力-应变试验基础上,明确了硫酸盐侵蚀条件下固结体的损伤规律；分析了固结体的抗压强度和分区孔隙率的响应关系以67.5%的32.5复合水泥,添加30%微矿粉和2.5%实验室自制激发剂,制备一种水泥-矿粉基的胶结料(H),并通过胶砂试验分析该型胶结料固结性能。研究发现,H型胶结料的抗压强度高于32.5水泥。从固结效果上,H型胶结料可以替代该型水泥进行尾砂的胶结试验。粒度分析结果表明,H型胶结料在3-641mm区间所占含量为85.61%,表明H型胶结料粒度分布较为理想；以石英砂为模拟粗尾砂,以FeSO4·7H2O为S042-源,配制多种浓度的S042-拌合水,以H型胶结料作为胶凝材料进行胶结试验；抗压强度试验和干密度的测试结果表明,S042-浓度的最优值为5000ppm;根据损伤实验得出的单轴压缩应力条件下的应力-应变关系曲线建立了充填固结体的损伤本构模型,推导了损伤方程,并确定了模型参数；基于硫酸盐侵蚀条件下的损伤实验数据,发现了在20000ppm以内,拌合水中S042-浓度越高,达到应变峰值时的临界损伤值越小；孔隙测试结果表明,总孔隙率与抗压强度并没有严格的负相关关系。以孔径101μm为界,将统计分区孔隙率并与抗压强度进行相关性分析；相关性分析的结果表明,孔径>10μm处孔隙率与抗压强度有较好的负相关关系,决定系数较高。(2)明确了超细尾砂含量对于砂浆流变特性的影响规律；建立了流动度与坍落度的相关性方程用铜绿山尾砂(T)和五矿尾砂(W)进行沉降试验。沉降试验结果显示,当初始质量浓度分别为45%、65%和75%时,尾砂T在沉降2小时后达到质量浓度分别为55.81%、82.59%和83.78%；尾砂W在2小时后达到的质量浓度分别为52.30%、79.80%和81.77%。沉降试验表明,细粒尾砂沉降速度和2小时后的沉降浓度都低于粗粒尾砂；基于砂浆的流变实验结果,高浓度浆体均呈现宾汉型流体特征；以Herschel-Bulkley模型进行拟合得出屈服应力和粘性系数等参数,拟合结果显示,超细尾砂含量越高,屈服应力越大；基于流动性能实验结果,建立了流动度和坍落度的线性方程,得出膏体充填中所需满足的最低流动度值为18.87cm;并研究了质量浓度、胶砂比以及超细尾砂含量对于流动度的影响。流动度试验表明,质量浓度和超细含量的提高,都能显著降低浆体流动度,而胶砂比的增加可以微弱的降低浆体的流动度。(3)改进了总孔隙率-抗压强度模型,建立了超细尾砂含量-抗压强度模型以两种尾砂为原材料,以H型胶结料作为胶凝材料,研究胶砂比、质量浓度、颗粒级配参数等与强度发展关系。研究发现,质量浓度和胶砂比的升高,可以促进强度的发展；抗压强度随着均匀系数的上升而上升,随着曲率系数的升高而下降;超细尾砂含量的增加会降低干密度,但是可以促进含水率、紧密堆密度和强度的升高。抗压强度实验结果表明,当超细尾砂含量在27.6%时,抗压强度最高；系统的研究了超细尾砂含量对孔隙结构的影响；孔结构测试结果表明,烘干法所测定总水孔隙率总是略高于压汞法所测总孔隙率。养护龄期增加可以降低总孔隙率以及临界孔径；而超细尾砂含量的升高导致总孔隙率增大并降低临界孔径；此外,超细含量的升高,会造成各龄期在孔径>10μm处孔隙率的下降,以及<101μm处孔隙率的上升；改进了总孔隙率-抗压强度的模型,并建立了超细尾砂含量-抗压强度模型,并分别对模型精度进行了评价。(4)从微观角度分析了含硫固结体与常规固结体的差异;进一步明确了抗压强度与分区孔隙率的响应关系S042-浓度为5000ppm制备的含硫固结体在抗压强度上高于自来水制备的固结体。净浆的XRD测试结果表明,拌合水中S042-浓度为0和5000ppm对于水化产物的种类影响差别不大；结合TG测试可知,氢氧化钙容易与拌合水中S042-反应生成石膏；孔隙结构测试结果表明,含硫固结体在孔径>101μm处孔隙率更小；而在孔径<101μm处孔隙率更大。(5)构建了两套权重矩阵,应用层次分析法对充填配比方案进行优选建立基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)配比优选方案。根据自立和支撑顶板不同的实际应用需求,采用两种权重矩阵。经过运算得到了两种不同的最优配比方案。