露天矿水资源保护与恢复是煤炭露天开采面临的重大环境问题,是制约露天煤矿大规模发展的重要因素。露天矿水资源难以恢复的根本原因在于,第一,煤层以上隔水层被爆破剥离,隔水层缺失;第二,内排土场物料松散,渗透系数大,达不到隔水、阻水的效果。为从根本上解决露天矿区浅表层地下水恢复问题,作者及研究团队提出以泥岩-地聚合物材料,构建露天矿内排土场重构隔水层。本文研究内容包含以下五个方面:(1)分析确定重构隔水层应具备的空间位置与结构特征,对应本文第二章;(2)构建过程中重构隔水层所载荷以及简化计算力学模型,对应本文第二章;(3)泥岩地聚合物的构建方法与构建原理,对应本文第三章;(4)改变材料配比条件下,泥岩-地聚合物材料的基本力学参数变化规律,以及材料微观破坏特征,对应本文第四、五章;(5)不同损伤条件下泥岩-地聚合物材料的渗透特性参数变化规律,对应本文第六章。通过研究,取得了如下创新性研究成果:(1)分析了露天矿内排土场重构隔水层空间位置特征、材料特征以及受力特征,在此基础上对构建过程中的重构隔水层进行受力简化,建立均匀沉降与非均匀沉降条件下的力学计算模型。(2)根据重构隔水层材料特征,引入了地聚合物缩聚反应原理,构建了泥岩-地聚合物材料,以此作为重构隔水层材料。对25种不同配比泥岩-地聚合物材料开展了力学实验,分析了材料配比对关键力学参数(峰值强度、峰值应变、应变能、抗拉强度等)的影响规律。(3)对泥岩-地聚合物材料,开展了单轴加载固定损伤条件下的渗透特性实验,得到了不同单轴加载损伤程度情况下材料渗透率参数。对损伤变量与渗透率进行拟合,确定了指数参数n=6时的损伤-渗透方程为最佳拟合结果。(4)以现场工程案例为实例,分析了防渗墙在工程应用的作用与效果,阐述了构建水平重构隔水层的必要性,确定了以构建水平重构隔水层为主、防渗墙为辅的露天矿保水原则。该论文有图78幅,表24个,参考文献137篇。