数十年的实测数据显示,黄淮矿区井筒周围地层沉降持续不断;考虑到砂土层水压耗散较快,这种持续不断的沉降很可能与该地区普遍存在的深厚粘土地层有关,有必要针对无附加外载作用下的深厚粘土层自重固结展开研究。鉴于此并结合工程实际,本文进一步将粘土自重固结细分为两类:第一类是土体在初始天然自重作用下,产生超孔隙水压力,在排水条件下超孔隙水压力消散,土体固结;第二类是由于矿区井筒漏水,导致深部含水层水压耗散,进而导致深部粘土孔压平衡状态遭到破坏,使得粘土层在自重作用下固结压缩。在调研分析的基础上,本文选取Gibson一维大变形固结理论、以Biot固结理论为基础的有限元模拟以及工程实测的手段开展研究。首先通过分析对比以Biot固结理论为基础的ABAQUS模拟结果和Gibson一维大变形固结理论的计算结果,总结出一套合适的模拟参数选取方案,最终确定使用Gibson一维大变形理论研究第一类自重固结问题;对于第二类自重固结,通过ABAQUS模拟进行合理研究。基于Gibson一维大变形固结理论研究了第一类自重固结问题中固结系数、地层厚度以及地层埋深对固结沉降量和固结时间的影响。结果表明,目前地层中存在的厚度10-20m左右的粘土层,天然自重固结应该已经完成,20-100m的粘土层,如果其地质年代属于全新世或晚更新世,则其天然固结很可能尚未完成,但相应是年沉降量均非常小,对地层沉降贡献有限。综合来看,无论哪种厚度的粘土层,第一类天然自重固结对目前地层沉降的贡献都基本可以忽略。利用ABAQUS对第二类自重固结问题中土体参数、地层厚度、地层埋深以及孔压边界对固结沉降量和固结时间的影响。模拟结果表明,第二类自重固结自井筒漏水后的前100年沉降量是非常可观,平均每年的沉降量达到数毫米甚至更多,对目前地层沉降有着较大贡献;而且前100年的沉降量只占总沉降量的小部分,大部分沉降会发生在100年之后;此外第二类自重固结对地层沉降的影响具有贡献大、影响远的特点。在前述规律研究的基础之上,通过简化假设,对多年来周围地层不断沉降的中煤大屯矿区的两个井筒,建立了相应的数值计算模型,模拟结果和监测结果基本吻合;模拟结果显示未来60年内,即使在井筒不再漏水的理想情况下,矿井井筒周围地层的非采动沉降量也是不容忽视的,其主要源自于粘土地层压缩的贡献;而且非采动沉降不止于未来60年,具有更持久性的影响。该论文有图65幅,表25个,参考文献88篇。