采空区稳定性一直是矿山安全领域的重点研究问题,作为支撑采空区稳定性的矿柱与顶底板上的岩石在长期受到流变、爆破扰动、地下水等多因素影响下,损伤不断增加、力学性质逐渐劣化,采空区稳定性随时间发生变化。为研究采空区长期稳定性,有必要对由不断劣化的岩石构成的采空区支撑体系在水岩-动力扰动作用下的稳定性演变机制进行研究与分析。本论文结合现场实测、室内相似模拟实验、理论分析、数值模拟等手段,对峄城区石膏矿采空区进行实地考察、现场实测爆破扰动对石膏矿采空区矿柱损伤影响;利用岩石流变扰动效应式流变仪与爆破扰动精准模拟装置进行室内石膏矿石不同应力水平下流变与流变扰动耦合作用实验探究,进行不同含水率下石膏矿石不同应力水平下流变与流变扰动耦合作用实验探究;基于水岩-动力扰动-流变多因素耦合导致岩石力学参数劣化规律研究,对采空区稳定性进行数值模拟比较分析;最后,运用FLAC3D动力模块和流固耦合模块,对地下水与爆破扰动耦合作用对石膏矿采空区稳定性影响进行分析。主要研究成果如下:(1)根据现场实测爆破特征,建立了适合试验矿山的萨道夫公式;根据矿柱岩石声速实测结果,获得了现场爆破造成的矿柱岩石损伤演变规律。(2)分别在石膏矿石单轴抗压强度20%、35%、40%、60%、75%、80%的应力水平下进行岩石受压流变实验,实验发现:在40%应力水平及以下时,流变只有减速流变(减速蠕变)阶段,最后趋于稳定:只有在80%高应力水平时,岩石出现了加速流变(加速蠕变)。(3)选择石膏矿石单轴抗压强度的40%、60%、80%三种应力水平下进行不同扰动强度石膏流变扰动耦合实验,利用声波探测仪测量声速变化进而求得相应损伤量,再用Matlab软件对数据进行处理分析。在低强度扰动载荷的条件下,只有处于石膏矿石流变长期强度的应力水平时,长时间不断施加扰动,才能对其造成较大损伤以致破坏。在高扰动载荷的条件下,其加快了石膏矿石加速流变的过程,在其接近长期强度的应力水平时,短时间的扰动,就可能造成石膏矿石的损伤破坏。扰动后的石膏损伤量随着扰动次数的增加呈现单调递增趋势,其是一个石膏完整性不断劣化、损伤加剧的过程。(4)为分析水岩-动力耦合作用对采空区长期稳定影响,进行不同含水率下石膏流变及流变扰动实验,结果发现:无论石膏试件流变曲线还是流变扰动曲线,石膏试件含水率越高,对石膏性质弱化越明显,不断扰动又加速了石膏试件损伤。蠕变初始瞬间变形模量、蠕变粘滞系数、模型参数随含水率的增大而减小,极限蠕变变形模量明显趋于加大。(5)基于石膏岩石在不同含水率条件下流变扰动耦合实验得到变化的岩石力学参数,利用数值模拟软件FLAC3D进行采空区长期稳定性分析,模拟采空区顶板竖向应力分布、位移变化值、采空区塑性区变化情况,发现竖向应力值、顶底板位移值、塑性区范围明显加大。(6)运用FLAC3D动力模块和流固耦合模块,数值模拟地下水与爆破扰动对石膏矿采空区稳定性影响,发现:当干燥采空区被开挖和在静水压力下不断施加爆破扰动后,都会造成围岩应力重新分布,且后者引起竖向最大应力值增大更明显,最大位移量也明显变大,并且位移的分布范围和形式也发生显著改变;对于范围大、已经贯通且形状不规则的采空区开挖后塑性区范围较大;塑性区会显著扩大,甚至延伸到顶板,并且扩大幅度随着扰动幅值增加而增加。