赋存地下的石膏岩一般采用房柱式开采,即采用“采房留柱”的方式处理采空区。矿柱作为支撑上覆岩层的主要载体,其承载能力变化直接决定采空区的稳定性。石膏岩结构及组分的特殊性决定其力学性质变化受影响因素较多,因此探究影响石膏岩力学特性的内外因及其作用规律,对于矿柱尺寸及采空区安全防治措施设计等具有十分重要的指导意义。本文以石膏岩物性及水化特征为研究对象,运用基本力学、微观分析及分析化学实验方法研究了多种内外因素影响下石膏岩力学性能变化规律及作用机理。研究了微细观结构及组分含量对石膏岩力学性质的影响规律;获得了浸水、干湿循环及脱结晶水石膏岩的劣化特征规律;探究了多种含水状态石膏岩长期承载应力应变及能量损伤演化规律。(1)基于岛津实验系统、EDS-XRD实验系统、扫描电镜(SEM)系统及分析化学实验手段等,对纤维石膏岩、透明石膏岩、雪花石膏岩及普通石膏岩分别开展了巴西劈裂及单轴压缩实验;分析了 4种石膏岩微观物质组成、元素含量。获得了 4种石膏岩中二水硫酸钙含量差异性特征及与抗拉强度相关性规律;探讨了石膏岩内部微观结构特征与宏观破坏模式的内在联系。结果表明:二水硫酸钙含量与石膏岩强度呈负相关;石膏岩内部微观结构特征是影响其强度及破坏模式的重要因素。(2)对不同浸水时长及干湿循环作用石膏岩进行了基本力学实验;进行了脱结晶水石膏岩的单轴压缩实验;应用扫描电镜(SEM)对3组实验岩样内部微观结构进行分析;结合浸水溶液ICP测试探究不同水化作用对石膏岩力学性质及微细观结构特征的影响规律。结果表明:浸水及干湿循环作用下石膏岩的力学性质整体均呈现劣化趋势,且干湿循环作用劣化效果更为明显;相比其他两种水化状态,脱结晶水石膏岩的力学特征参数大幅度降低,但峰值应变最大。石膏岩内部缺陷特征发育程度随水化作用时间的增加逐渐加强;在不同水化状态下,石膏岩的破坏模式也存在较大差异。对实验现象及结果进行统计分析,可将水对石膏岩劣化作用归因为:石膏岩自身结构特殊性、吸水物质的溶胀作用、可溶物质的溶解作用,水流冲刷剥蚀作用。(3)基于声发射(AE)、DVC摄像及扫描电镜系统,进行了自然、烘干、浸水三种石膏岩分级加载蠕变试验。研究了不同含水状态石膏岩蠕变强度及变形特征规律;分析了石膏岩蠕变实验过程的AE特征及损伤能量演化规律;研究获得了石膏岩宏观蠕变破坏特征及微观形貌特征。结果表明:石膏岩的强度差异与含水状态并不同步;石膏岩的蠕变强度要明显高于其单轴抗压强度,即产生了蠕变宏观硬化特征;3种不同含水状态石膏岩单应力水平应变值变化规律基本相同,均呈“U”形分布;3组石膏岩蠕变AE特征参数变化规律及破坏模式均有明显区别;蠕变破坏后石膏岩内部微观结构完整性较单轴压缩岩样更好,且碎屑颗粒更多。