胶结充填体的力学特性对煤层充填开采区上覆岩层移动和地表沉陷产生直接影响,研究胶结充填体力学特性的影响机制、探索胶结充填体稳定性的无损测试方法、认识胶结充填体细观结构演变规律、分析胶结充填体蠕变变形的损伤机理是采区上覆岩层和地表建筑结构安全评估的基础性研究课题,对煤矿安全绿色开采具有重要的科学意义和工程价值。本文综合运用试验测试、理论分析和数值模拟等方法对胶结充填体的宏细观力学特性及蠕变模型开展系统研究。取得以下主要成果:(1)通过单轴压缩、常规三轴压缩和声发射监测试验研究了围压、胶结材料含量和骨料颗粒级配Talbot指数对胶结充填体扩容特征参量、声发射响应特征和抗压强度的影响规律。建立了含八个决策参量的胶结充填体抗压强度随围压、胶结材料含量和骨料颗粒级配Talbot指数变化的关系式,并构建了优化决策参量的遗传算法,继而实现了围压、胶结材料含量和骨料颗粒级配Talbot指数对胶结充填体抗压强度耦合影响的空间(四维空间)可视化。(2)利用PFC3D建立了胶结充填体的三维颗粒流数值模型,模拟再现了单轴压缩和常规三轴压缩条件下胶结充填体的裂纹演化和颗粒破坏,并分析了围压、胶结材料含量和骨料颗粒级配Talbot指数对裂纹总数、裂纹分布和颗粒破坏模式的影响规律。(3)通过超声波探测试验研究了胶结充填体的超声波响应特征,分析了胶结材料含量和骨料颗粒级配Talbot指数对胶结充填体超声波脉冲速度的影响规律,建立了胶结充填体抗压强度与超声波脉冲速度的关系,提出了胶结充填体抗压强度的预测模型。(4)建立了一种由非线性粘壶、粘塑性体和Burgers体串联的胶结充填体非线性粘弹塑性蠕变模型,构建了优化该蠕变模型中七个决策参量的遗传算法,并推导了该蠕变模型的三维形式。分析了蠕变引起胶结充填体损伤的机理,提出了一种考虑损伤的非线性粘弹塑性蠕变模型。(5)采用FLAC3D模拟了煤层的充填开采过程,得到了满足最优充填效果的胶结充填材料的骨料颗粒级配Talbot指数,并对该最优胶结充填体蠕变条件下的数值模型进行了模拟,研究了煤层上覆关键岩层和地表沉陷的时变演化规律。该论文有图124幅,表37个,参考文献360篇。