为深入实施可持续发展战略,国家大力推行大宗固体废弃物综合利用,作为矿山固废主要充填物料,煤矸石在承载压缩过程中块体破碎行为和尺寸效应一直是充填开采亟待解决的问题。本文基于影响煤矸石块体压缩变形的主控因素,进行了不同颗粒级配、试样直径和试样径高比的煤矸石侧限压缩正交试验,并综合运用室内试验、数值模拟和理论分析等研究手段,分析了不同试样尺寸和粒径级配下煤矸石压实变形特征,构建了考虑粒径级配和矸石块体形状的破碎矸石侧限压缩数值模型,研究了不同试样尺寸下矸石块体细观组构尺寸效应,得到了煤矸石侧限压缩试验特征尺寸。本文取得了以下主要研究成果:（1）测试得到了粒径级配、试样直径和试样径高比3种主控因素与煤矸石压缩变形的关系,建立了煤矸石侧限压缩过程应力应变函数关系,结果表明煤矸石抗压缩变形能力与试样直径和粒径级配存在负相关的关系。（2）通过正交试验极差分析与方差分析,对不同粒径级配和试样尺寸下煤矸石压缩变形和破碎行为的影响效应进行了量化表征,研究显示试样直径对承载压缩强度特征表现为显著水平,矸石粒径对破碎特征表现为极显著水平,而试样高径比对承载压缩强度特征和颗粒破碎特征均表现为不显著水平。（3）自行开发了随机几何破碎矸石块体生成算法,构建了考虑粒径级配的破碎矸石侧限压缩数值模型,分析了破碎矸石在压缩过程中矸石块体之间旋转、滑移以及相互咬合效应;通过不同试样尺寸下PFC2D数值模拟试验,研究了破碎矸石细观组构的尺寸效应,随着试样直径的变化,微裂纹整体变化率处于51.41%～72.63%,而随着试样径高比的变化,微裂纹整体变化率处于13.68%～51.01%;得到了破碎矸石侧限压缩模型特征尺寸,即在粒径级配为0.4,试样径高比为1:0.5的条件下,煤矸石侧限压缩数值模型的特征直径为500mm。本文有图42幅,表22个,参考文献99篇。