在煤矿开采工程中,第四系深部或新近系土均具有介于岩和土之间的一些性质,有些由于赋存层位特殊,介于上部含水层和煤系地层之间,结构上可作为防隔水层处理,其变形和破坏是分析开采安全的重要因素。本文以河南泉店煤矿灵泉水库压覆区近松散层薄基岩下开采为地质原型,分析了矿区地质、水文地质与工程地质条件,并着重对硬土进行判别、分类,分析了其工程地质性质,归纳总结了硬土变形破坏的影响因素,选取了基岩厚度、釆厚、硬土性质三个因素按正交法则进行相似模拟试验,总结了硬土宏观变形破坏特征,并分析了其破坏机理;同时,对硬土进行水稳试验和电导率试验,划分了不同水稳性和水土作用阶段,从粒度成分、结构和矿物成分上对其机理进行了分析。本文取得的主要成果有:(1)试验并总结了硬土的宏观变形破坏特征和机理。根据水库压覆区地质原型,按不同基岩厚度、不同釆厚、不同岩性设计9组工程地质模型试验,发现:硬土变形破坏类似于基岩,随上行裂隙的扩展会产生类似于“离层”的水平裂隙和纵向裂隙,呈“拱”状破坏,可划分为四个阶段,其中泥质硬土和砂质硬土的变形破坏形式又不同,泥质硬土的塑性强,成梁(板)好,而砂质硬土呈脆性破断,较松散的特性。硬土破坏带发育高度影响的敏感性主次顺序为基岩厚、采厚、硬土性质,并回归出方程。从压力平衡拱理论解释硬土的变形破坏机理,并建立了硬土压力平衡拱的力学模型。(2)试验并分析了硬土的水稳性和差异性。根据硬土水解试验的崩解破坏形式,归纳出3种水稳性类型:浸水后不崩解Ⅰ型、浸水后弱崩解Ⅱ型、浸水后强崩解Ⅲ型。电导率试验发现:电导率和TDS值绝对增量增加的快慢所表征的水土作用强度,可与浸水崩解过程对应一致;电导率和TDS绝对增量随时间变化具有阶段性,可划分为3个阶段,即前10min为水土作用快速段(Ⅰ),10~120min为中速段(Ⅱ),120~1440min为缓速段(Ⅲ)。从黏粒含量、结构和黏土矿物成分上对硬土进行水稳性差异机理探讨分析,得出:黏粒含量越高,水稳性特征越好,崩解性越弱;裂隙越发育,水稳性特征越差,崩解性越强;蒙脱石、高岭石和伊利石的含量越高,水稳性特征越差,崩解性越强。(3)根据水库下硬土宏观变形破坏规律及水稳特性研究,分析了水库压覆区安全开采的可行性。