中文摘要：

采用现场调查、理论分析、室内试验与数值计算综合集成的研究方法，对浅埋采空区层状顶板损伤演化过程、失稳模式和破断机理进行研究，并结合实际工程，对浅埋采空区层状顶板进行安全风险评价分析。主要研究内容基于厚板理论，考虑工程岩体的蠕变时效特性，进行动载荷作用下采空区层状顶板损伤演化过程的解析分析；考虑层状岩体的结构效应，进行室内层状顶板在不同加载方式下的变形破坏试验，研究层状顶板裂隙发育、扩展及岩板破断特征，提出层状顶板破坏模式；基于上述研究，应用数值计算方法，对上述结果进行验证分析，应用应力熵的概念，提出采空区顶板失稳准则与判据，并对造成层状顶板失稳的各种影响因素进行敏感性分析；应用层次分析方法，进行不同工况条件下采空区顶板安全风险分析，建立力学分析、灾害评估与预测功能集成的安全危险性评判系统。为工程实践提供理论基础、技术支撑和安全保障。

结论摘要：

浅埋采空区顶板损伤失稳机制及其潜在危害性评价，是目前工程实践中具有挑战性难题。采用现场调查、理论分析、室内试验与数值计算综合集成的研究方法，对浅埋采空区层状顶板损伤演化过程、失稳模式和破断机理进行研究，并结合实际工程，对浅埋采空区层状顶板进行安全风险评价分析。主要研究内容及成果如下（1）理论分析基于厚板理论，进行了均布荷载作用下混合边界采空区顶板挠度求解及分析。推导了集中简谐动荷载作用下，采空区顶板安全厚度计算公式，并进行了工程验证分析。考虑工程岩体的蠕变时效特性，对采空区顶板的蠕变特征进行了解析分析。推导了采空区顶板岩梁运动方程，揭示了采空区顶板的随机共振和混沌现象。基于实测数据，提出了采空区地表剩余变形预测方法。（2）室内试验针对国内外在岩板变形破坏试验的不足，研发了岩板弯曲试验的加载装置。在集中荷载和均布荷载作用下，进行了单层岩板和双层组合岩板变形破坏过程的试验，总结了层状组合岩板的破坏模式，揭示了岩板断裂铰接成拱、裂隙发育扩展直至岩板失稳破断特征。为探讨岩石变形伴随的能量储存和耗散特征，进行了不同岩石滞弹性衰减特征动态热力学分析。进行了机械冲击荷载作用下，岩石切削破碎的分形特征分析。（3）数值计算以实际工程为依托，引入应变能熵的概念，进行了采空区煤柱突然失稳对煤柱-顶板系统的扰动效应分析。考虑不同影响因素，进行了采空区层状顶板离层及位错特征分析，发现随着煤层倾角的增大，采空区层状顶板由以离层变形为主逐渐向层间位错变形为主变化。基于MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模新方法，形成了复杂地表形态下伏采空区三维可视化建模技术，并进行了复杂条件下高速公路路基变形特征的数值模拟分析。（4）工程应用针对安太堡房柱式采空区，提出了采空区顶板失稳判据，并进行了采空区顶板破坏效应分析。从广义采空区角度，进行了临近断层巷道突水模式及其演化特征分析，并进行了回采顺序优化分析。依托实际工程，分别进行了浅埋隧洞结构可靠度分析和急斜特厚煤层综放顶煤预爆裂隙演化分析。基于室内试验，进行了小净距隧道开挖对既有隧道扰动效应分析。以阳泉-盂县高速公路下伏采空区为例，研发了高速公路下伏采空区路基变形预测分析系统。上述研究成果，为工程实践提供了理论基础和技术支撑，对类似工程实践有借鉴和指导意义。