本文为探究煤矿地下水库人工坝体的力学特性,分析其变形破坏特征,以鄂尔多斯乌兰木伦矿地下2号水库为工程背景,利用理论分析、物理模型试验和数值模拟等方式进行了分析研究。首先采用简化双向板的塑性绞线法建立了人工坝体的理论模型,并利用该模型进行了理论计算和力学分析;然后为进一步探究其机理,在原有的嵌套式双动压相似模拟试验系统的基础上,设计并增加了伺服注水系统,并利用该套系统进行了相似模型试验,对人工坝体及其围岩的变形规律和破坏形式进行了研究,得到了一系列人工坝体的相关规律;再利用FLAC3D软件进行了数值模拟分析,从坝体及其掏槽的位移、应力和塑性区分布等角度对比研究,揭示了一些参数变化引起的坝体稳定性规律,并进一步得到了最优的人工坝体相关参数;最后采用多层次模糊综合评价方法对人工坝体的安全稳定性进行了评价,并建立了其综合评价模型及评价体系。具体成果如下:（1）煤矿地下水库人工坝体理论分析研究通过钢筋混凝土弹塑性双向板理论建立理论分析模型,利用该力学模型,结合双向板弹塑性铰线法建立了人工坝体在上覆岩层应力作用下,受水压力不均匀分布的最大极限水压力的函数表达式,利用该函数表达式对人工坝体稳定性进行了评价,并得出了人工坝体所能承载的极限水头值。（2）煤矿地下水库人工坝体物理模型研究首先分别对煤矿地下水库的人工坝体、煤柱坝体、巷道顶底板及水库顶底板进行了应力分布特征分析、位移分析和声波测试分析,对人工坝体进行了应变分析;然后对地下水库相似模型在荷载及水压作用下的渗流及破坏特征进行简要分析;最后总结出了一系列煤矿地下水库人工坝体的变形破坏特征及规律,揭示了人工坝体的变形破坏机理。发现在多荷载耦合作用下,人工坝体顶底面掏槽区域会发生较大的应力集中,且顶板掏槽附近更易发生破坏;水压力的存在改变了水库周围一定范围内的围岩应力状态,在一定程度上增强了顶底板一定范围内径向应力,削弱了煤柱坝体一定范围内的竖向应力;在水压作用下,地下水库渗透情况基本呈现一定规律性,渗透现象发生部位依次为人工坝体底板掏槽处,顶板掏槽处,煤柱坝体,水库底板,水库顶板,巷道顶板,巷道底板,人工坝体表面;另外,在顶部及水平荷载作用下,人工坝体破坏情况为压剪破坏,裂缝从人工坝体模型背水面下部延伸至迎水面上部顶点附近,贯穿整个人工坝体,与人工坝体截面约成45°夹角。（3）煤矿地下水库人工坝体数值模拟研究利用FLAC3D软件建立了煤矿地下水库的流固耦合模型。首先通过变化储水压力来分析人工坝体的力学响应情况,并得出了 21m的极限水头。然后通过变化人工坝体的相关参数,进行了多组数值模拟计算,最终得出了一些参数变化引起的人工坝体稳定性规律及最佳参数。随着掏槽深度的不断增加,人工坝体及掏槽处沿水压方向的位移以及拉应力均逐渐减小,且减小趋势逐渐变缓,最终趋于不变。而增加帮槽深度所引起的位移及拉应力降低量要明显大于增加顶底槽深度所引起的位移及拉应力降低量,显然增加帮槽深度的效果要更好。另外,增加人工坝体厚度和人工坝体所使用的混凝土强度等级对减小坝体及掏槽处位移量、应力水平也具有一定效果,且规律与增加掏槽深度规律相似,而且增加人工坝体厚度和强度,也能够有效减少塑性区的面积,从而可以增强水库的稳定性。综合考虑下,得到的人工坝体最优参数为:人工坝体帮部掏槽深度0.6m、顶板掏槽深度0.5m、底板掏槽深度0.4m,人工坝体厚度1.4m,人工坝体所使用的混凝土强度等级为C25。（4）煤矿地下水库人工坝体稳定性综合评价研究煤矿地下水库人工坝体稳定性受众多因素的影响,每个因素对坝体稳定性影响程度难以确定,而人工坝体的安全是地下水库正常运行的前提,坝体安全评价包含多种指标、准则和层次。为了客观准确的评价坝体安全,前期深入神东矿区实地调研已经建成的煤矿地下水库,与煤矿单位地下水库专家进行交流,并邀请亲自建设水库方面的专家对坝体安全稳定性影响因素进行打分,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验。通过建立评价集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素的隶属度并得到评价矩阵,对人工坝体进行安全综合评价,进而确定出对坝体影响较大的因素及坝体的稳定性的综合评判级别,为地下水库人工坝体安全评估及监测治理提供参考依据。最后将煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价模型应用到神东矿区乌兰木伦煤矿2号地下水库人工坝体安全综合评价中,根据最大隶属度原则,结果表明坝体处于安全状态。