采空区覆岩失稳变形可导致地表发生地面塌陷、地裂缝以及山体崩滑等地质灾害,严重威胁高速铁路、高速公路和地面建筑物的建设和安全使用。采空区治理往往以注浆充填效果好,而注浆充填材料研究是采空区治理技术体系中非常重要的内容。目前,用于采空区注浆工程的主要有水泥净浆、水泥砂浆、水泥粘土浆、水泥粉煤灰浆以及水泥水玻璃双液浆等材料。这些材料不同程度地具有析水率高、结石率低或者成本较高等缺陷。因此,在现有技术条件下,研制一种材料易得、施工方便、性能优良且成本低廉的注浆充填材料具有十分重要的现实意义。本文依托瓮安生物群地质遗迹下伏采空区治理工程,针对目前注浆充填材料在采空区治理中应用的不足,采用理论分析、室内试验研究和数值模拟研究相结合的方法,重点对采空区注浆充填材料进行了较为系统的研究,完成了以下研究工作:1.注浆充填材料研制与性能评价为了探究注浆充填材料各组分对材料的性能影响规律以及最佳配比方案,首先对高水灰比普通硅酸盐水泥浆液进行注浆性能试验研究。发现其存在析水率大、结石率低、凝结时间过长等性能缺陷,提出掺加大比例外掺料的改性方案。通过试验研究,发现在高水固比条件下,大掺量粉煤灰水泥复合浆液相对普通水泥浆液的结石率有一定的提高。然后,针对采空区注浆充填对结石率的要求,提出掺加膨胀材料来进一步提高浆液结石率的改性方案。通过大量试验研究,发现在高水固比大掺量粉煤灰水泥复合浆液中掺加合适比例的NV膨胀剂,不仅可以提高复合浆液结石率,还可以起到促进注浆充填材料水化反应的作用,从而提高固结体的早期强度。同时发现掺加NV膨胀剂后,复合浆体的膨胀性能和强度发展具有较好的协调性。为了满足现场施工对注浆充填材料的性能要求,通过大量试验研究,发现添加合适比例的外加剂DFZ,可以使整个复合浆液动切力减小,便于现场施工。最后,利用正交试验分析方法,研究获得了两种采空区注浆充填材料优化方案。并对优化方案进行了性能评价。2.基于微观特征分析的注浆充填材料水化过程探讨为了探究所研制注浆充填材料的水化过程,采用扫描电镜(SEM)测试方法观察注浆充填材料固结体的微观形貌。采用微观结构定量分析方法测定了试样照片中颗粒分布分维、面积比例等参数。结合水泥水化机理和粉煤灰水化机理,探讨了注浆充填材料体系的水化过程,建立了其水化过程模型。3.注浆充填效果数值模拟分析为了探究所研究注浆充填材料的注浆效果,采用FLAC数值模拟软件对瓮安生物群地质遗迹下伏采空区注浆充填前后围岩变形进行数值分析。结果表明,采空区的变形主要为垂直方向的变形。在使用本文研究的注浆充填材料对瓮安生物群地质遗迹下伏采空区进行注浆充填后,其上覆岩体变形明显减小。研究成果从注浆充填材料方面为瓮安生物群地质遗迹下伏采空区治理提供了可行的解决方案,同时对类似工程具有一定的指导意义和参考价值。