随着国内外矿山企业不断向地下深部挖掘开采,矿山充填技术的应用越来越多,为实现更优的地下充填效果,国内外学者对矿山充填技术进一步研究与优化创新,由于受到矿山企业和充填料浆的一些主客观限制,充填体中不可避免会出现不同的分层结构,而这些分层结构对充填效果的影响不可小觑,因此,开展分层胶结充填体力学性能的试验研究以及分析分层特性的影响对矿山充填工作有一定的实际意义。本文经过一系列室内试验后,结合理论和数值模拟分析,开展了灰砂比及质量浓度对尾砂充填料浆流变性能的影响研究,探究了不同养护龄期和加载速率下考虑分层特性的胶结充填体强度和破坏模式的变化规律,对比分析了完整胶结充填体和分层胶结充填体的蠕变特性并建立了合适的蠕变模型。主要研究内容和结论如下:（1）对江苏某铁矿尾砂和山东某金矿尾砂以及水泥进行了测试分析,对不同胶结充填体开展单轴压缩试验,确定胶结充填体试件的原材料选用江苏某铁矿尾砂、P·O42.5普通硅酸盐水泥和实验室自来水。（2）分别对灰砂比1:4、1:6、1:8、1:10和质量浓度72%、74%、76%、78%的尾砂充填料浆进行了流变试验,研究胶结充填体料浆的流变性能,获得剪切应力-剪切速率曲线、黏度-剪切速率曲线,分别分析两者之间的变化规律,并选取充填料塑性流体Papanastasiou模型用于研究和预测充填料浆剪切应力和黏度随剪切速率的变化。（3）开展了单轴压缩正交试验,以中间层灰砂比、养护龄期、加载速率为因素变量,得出养护龄期对充填体单轴抗压强度的影响特别显著,加载速率对充填体单轴抗压强度无较大影响,原因在于随加载速率的增加,分层胶结充填体的强度先增加后降低。（4）对料浆质量浓度72%、上下层灰砂比1:4、中间层灰砂比1:6的养护龄期为3天、7天和28天的分层胶结充填体开展了加载速率为0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 mm/min的单轴压缩试验,探讨了各因素影响下分层胶结充填体相关力学特性的变化规律和破坏模式,建立强度回归方程,为胶结充填体分层结构的设计和充填开采方案的制定提供了一定依据。（5）分别对料浆质量浓度72%,灰砂比1:4、1:6、1:8、1:10的完整胶结充填体和料浆质量浓度72%、上下层灰砂比1:4、中间层灰砂比1:6的3分层胶结充填体开展单轴蠕变试验,并发现了一种改进的Poyting-Thomson蠕变模型,研究了胶结充填体的力学特性和变形行为,分析了存在分层界面对其蠕变性能的影响。（6）基于完整胶结充填体和分层胶结充填体的单轴压缩试验的数据结果,从而获得弹性模量、泊松比等参数,利用FLAC 3D软件建立胶结充填体试件的应变软化模型,分别对完整胶结充填体和分层胶结充填体进行单轴强度的数值模拟,其结果与室内试验得到的结果十分吻合,证明了室内试验的可靠性以及分析和结论的正确性。