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Energy and damage evolution of cemented backfill under triaxial compression: considering the influence of different magnesium slag contents.

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Title: Energy and damage evolution of cemented backfill under triaxial compression: considering the influence of different magnesium slag contents.
Authors: Yang, Xiaobing1,2,3 (AUTHOR), Qi, Yaobin1,2 (AUTHOR) D202410064@xs.ustb.edu.cn, Yin, Shenghua1,2 (AUTHOR) csuysh@126.com, Chen, Wei1,2 (AUTHOR), Yang, Jian1,2 (AUTHOR), Lu, Baohang1,2 (AUTHOR)
Source: Canadian Geotechnical Journal. 8/24/2026, Vol. 63, p1-23. 23p.
Subject Terms: *Damage models, *Energy dissipation, *Mechanical behavior of materials, *Controlled low-strength materials (Cement), *Industrial wastes, *Porosity, *Industrial waste management
Abstract (English): To promote the large-scale resource utilization of industrial solid wastes such as magnesium slag and realize sustainable development, this paper investigates the deformation, failure, and energy evolution laws of magnesium slag–based fully solid waste cemented tailings backfill (MFG-CTB) under different magnesium slag dosages (0%, 20%, 30%, and 40%) and confining pressures (0.5 and 2.0 MPa) through conventional triaxial compression tests. The internal mechanism of magnesium slag dosage affecting the mechanical properties of MFG-CTB is clarified using mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy. On this basis, a damage constitutive model was established based on energy dissipation. The results show that the optimal dosage of magnesium slag as an alkali activator is 30%. At this dosage, the total porosity and macropore proportion of MFG-CTB are the lowest, and its triaxial compressive strength is increased by 112.7% and 130.5%, respectively, compared with the backfill without magnesium slag. However, the triaxial compressive strength of MFG-CTB first increases and then decreases with the increase of magnesium slag dosage. In addition, the addition of magnesium slag reduces the ductility, increases the stiffness, and enhances the energy storage capacity of MFG-CTB. With the increase of magnesium slag dosage, the failure mode of MFG-CTB under low confining pressure changes from tensile-shear composite failure to single shear failure, while that under high confining pressure transforms from local compression-shear failure to overall compression-shear failure, with the main crack gradually approaching the middle of the specimen. Finally, the MFG-CTB damage constitutive model established based on dissipated strain energy and considering residual strength is in high agreement with the experimental curves, which can reasonably and authentically describe the deformation, instability, and failure process of the backfill. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
Abstract (French): Afin de promouvoir la valorisation à grande échelle des déchets solides industriels tels que les scories de magnésium et de favoriser le développement durable, cette étude examine les lois d'évolution de la déformation, de la rupture et de l'énergie du remblai cimenté de résidus entièrement constitué de déchets solides à base de scories de magnésium (MFG-CTB) sous différents dosages en scories de magnésium (0, 20 %, 30 %, 40 %) et différentes pressions de confinement (0,5 MPa, 2,0 MPa), au moyen d'essais conventionnels de compression triaxiale. Le mécanisme interne par lequel le dosage en scories de magnésium influence les propriétés mécaniques du MFG-CTB est clarifié à l'aide de la porosimétrie par intrusion de mercure (MIP) et de la microscopie électronique à balayage (SEM). Sur cette base, un modèle constitutif d'endommagement fondé sur la dissipation d'énergie est établi. Les résultats montrent que le dosage optimal en scories de magnésium comme activateur alcalin est de 30 %. À ce dosage, la porosité totale et la proportion de macropores du MFG-CTB sont les plus faibles, et sa résistance à la compression triaxiale augmente respectivement de 112,7 % et de 130,5 % par rapport au remblai sans scories de magnésium. Toutefois, la résistance à la compression triaxiale du MFG-CTB augmente d'abord puis diminue avec l'augmentation du dosage en scories de magnésium. En outre, l'ajout de scories de magnésium réduit la ductilité, accroît la rigidité et améliore la capacité de stockage d'énergie du MFG-CTB. Lorsque le dosage en scories de magnésium augmente, le mode de rupture du MFG-CTB sous faible pression de confinement passe d'une rupture mixte traction-cisaillement à une rupture par cisaillement unique, tandis que sous forte pression de confinement, il évolue d'une rupture locale compression-cisaillement à une rupture globale compression-cisaillement, la fissure principale se rapprochant progressivement du centre de l'éprouvette. Enfin, le modèle constitutif d'endommagement du MFG-CTB, établi à partir de l'énergie de déformation dissipée et tenant compte de la résistance résiduelle, présente une forte concordance avec les courbes expérimentales et permet de décrire de manière raisonnable et fidèle les processus de déformation, d'instabilité et de rupture du remblai. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
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            – Type: issn-print
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