页岩作为典型的沉积岩广泛存在于自然地层中,受层理和裂隙发育的影响,各岩层力学性能差异大,页岩体中的地下工程结构易发生变形破坏,严重影响着工程结构的稳定性。页岩矿床开采采场围岩的变形规律、应力分布、损伤特征是影响矿床开采安全的主要因素。因此,借助理论分析、物理相似模拟试验和数值模拟试验等手段,研究采场变形特征、应力状态、破坏模式和支护形式,是页岩矿床安全开采的岩体力学关键问题。以某典型缓倾斜页岩矿床为背景,通过岩石力学试验获取了页岩强度和变形参数,进行了相似材料配比试验,制备了高相似比、低强度页岩相似材料,浇筑了物理相似模拟模型;模拟矿床“隔一采一”上向条带式开采,研究了页岩矿床条带采场围岩的变形破坏特征。典型页岩矿床条带采场围岩变形具有稳定变形→加速变形→碎屑弹射→完全破坏4个阶段,顶板变形呈现出不均匀和非对称性,临空条带矿柱变形垂直中心轴线向下偏移。研究表明,采场上向顶板、采场上向侧帮,临空条带矿柱的底板非均匀变形显著。基于弹塑性力学理论,分析了采场围岩应力状态参数与压剪应力方向之间的关系,采场围岩应力状态参数随压剪应力与垂直受力面角度的增大而减小,表明页岩在不同主应力方向上呈现各向异性;采用Mohr-Coulomb强度理论,用采场围岩最大、最小主应力及其大小关系,分析了采场围岩强度应力路径的6种形式,划分为最大主应力主控型、最小主应力主控型和混合型等3种类型,奠定了定量表征条带采场围岩变形破坏理论分析路径。借助复变函数理论,构建了条带采场边界到复平面单位圆上的应力和变形映射函数,基于Burgers模型,建立了平面应变状态下采场围岩应力、变形的黏弹性解模型。模型的黏弹性解和物理相似模拟试验结果表明,采场顶板四个时步变形增量的标准差分别为2.5864、1.9259、2.3768、7.2805,标准差变化梯度随巷道变形增量而增大,变形演化规律相似,证明了利用黏弹性解模型分析不同时步采场围岩应力、变形状态的有效性。根据含I-Ⅱ复合型裂纹岩石的强度特性,建立了裂纹起裂角的计算模型,确定了裂纹起裂角区间为[52°,70°]、[-90°,-70°],表明裂纹起裂角随最大主应力和剪应力的比值增大而增大,从而将条带采场围岩裂纹划分为“主裂纹扩展”和“主裂纹扩展分岔产生次生裂纹扩展”两种模式;建立了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的应力分量模型,得到典型页岩矿床条带采场围岩的理论破坏强度是岩石单轴抗拉强度的1.43倍,而物理相似模拟试验的条带采场围岩平均破坏强度是岩石单轴抗拉强度的1.53倍,两者相差7.01%。采用数值模拟研究了条带采场围岩变形破坏规律,结合采场围岩应力和变形的黏弹性解、物理相似模拟试验采场围岩变形的非均匀不对称性,选择了采场锚杆支护方案。研究揭示了缓倾斜页岩矿床上向条带回采采场围岩的变形特征,解析了条带回采采场围岩的应力状态,建立了采场围岩复合型破坏判据,丰富了页岩矿床条带回采采场稳定性研究理论,为矿床安全开采提供了工程技术支撑。