充填挡墙的稳定性是制约着矿山安全高效开采的关键因素之一。高大采场采用全高度非胶结充填,即使矿柱不回采,挡墙稳定性也难以保证;采用全高度胶结充填,挡墙稳定但充填成本高;为了解决这一矛盾,可采用互层充填(本文互层充填特指胶结与非胶结互层),但应用到工程实际的充填效果并不理想。究其原因是互层充填体力学特性及其对挡墙稳定性影响尚不明确,而目前国内外学者对于互层充填研究相对较少,没有具体理论去解决工程实际问题。为此,亟需开展互层充填体力学特性及其对挡墙稳定性影响的研究,揭示互层充填体内部应力变化规律,构建互层充填体中间胶结层力学模型,探明互层充填体对挡墙稳定性的影响,并提出充填挡墙结构参数设计新方法,达到丰富充填理论和解决工程实际问题的目的。主要开展如下研究工作:(1)分析了互层充填体内部应力类型及关系,得出了互层充填体中间胶结层存在“楼板”效应;揭示了互层充填体在充填过程中内部应力的变化规律;得出了底部胶结和非胶结充填体内部水平应力与垂直应力的关系。(2)构建了三阶段互层充填体中间胶结层及其厚度的力学模型,得出了中间胶结层两个水平方向上的应力随着胶结层厚度和充填高度的变化规律,胶结层厚度随极限抗拉强度和上部荷载的变化规律。对比了不同充填工艺,得出了互层充填工艺一定条件下可以有效控制地压。(3)研究了充填初期充填料浆对挡墙的冲击作用,构建了充填料浆对挡墙的动力力学模型,得出了动力作用随充填料浆高度和槽底坡降的变化规律,通过现场测试技术验证了充填料浆动力力学模型的正确性。(4)揭示了充填过程中互层充填体对挡墙压力的变化规律,构建了互层充填体对挡墙的静压力力学模型。得出了静压力随充填体与挡墙间距和上部荷载的变化规律,结合现场测试技术验证了模型的正确性。对比分析了不同充填工艺下挡墙压力的变化规律,得出了不同充填工艺对挡墙的作用关系。(5)提出了充填挡墙结构参数设计新的理论方法。基于弹性力学基本假设,构建了挡墙厚度的新模型和挡墙配筋的力学模型。得出了挡墙厚度随一次充填高度和挡墙混凝土抗拉强度的变化规律,挡墙配筋数量随充填体压力和挡墙厚度的变化规律。