盐岩具有较高的密闭性、较低渗透性以及优良变形特性,因此可被作为石油、天然气等能源物质的储存介质。盐岩地下储备库施工过程较为便易,建设难度较小,投入成本较低,目前已成为世界各国常见的能源储备方式,推动了各国能源建设事业的发展。盐岩储库虽具备众多优势,但也因其特殊的物理力学属性、储库运营过程中腔周压力变化及高地应力的作用,使得盐岩储备库存在很多潜在的风险。盐岩地下储库区地面沉降在众多储库事故中属于多发事件,且其他很多事故类型也都将引发库区的地面沉降,且对于地面沉降的监测、布控直观有效,因此须针对地面沉降问题进一步深入研究;另外,盐岩储备库的建设中,腔体形状、矿柱尺寸、腔群配置方式等关键因素均会对储备库的稳定性起到重要的作用,针对众多因素水平的分配与组合同样须深入研究,以求达到预定的工程效果。本文以鲁西南鄄城地区盐矿开采工程为背景,利用理论分析、室内试验、数值模拟及数学建模等研究手段对研究区地面沉降及腔群优化配置问题展开研究,所得结论大致如下:(1)基于相似模型材料各类力学试验研究结果,所得的相似材料与原岩具备相似性,可反映原岩的力学性质;通过统计分析和参数优化研究可得,优化后泥岩、盐岩及盐岩夹层的各类力学参数较优化前的数据离散性更小。(2)依据相似模型试验所得数据,展开数值模拟分析,经计算可得,盐岩的塑性变形及后期蠕变产生的水平变形远小于竖向变形,数值模拟的计算结果和分析结论为地面沉降预测模型的建立提供了理论基础。(3)以最大变形理论和时效收敛理论为基础,分别建立地面沉降的动态预测模型,根据两个模型理论假设的差异,阐述了两个地面沉降动态预测模型的优势区间:在盐岩储库区前期的沉降预测时,应选取时效收敛理论所获取的沉降模型,而储库区后期沉降预测时,应选用最大变形理论所获取的沉降模型。(4)选取腔群优化配置须引入的关键因素:腔体形状、矿柱宽度、储气内压,基于屈服接近度指标对75组工况进行计算,最终可得采用邻角为120°的正六边形腔群布置方式,其“危险区”体积是最小的,在满足储存库密闭性准则条件下,腔体运行压力越大对于围岩的稳定性越有利,储库运行压力很小时,腔群布置形式对围岩稳定性影响显著,当运行压力大于5MPa时,腔群布置形式和矿柱宽度对于围岩稳定性影响均弱化。