截止目前,我国因煤矿开采所形成的采空区面积已超过8000km~2,且仍在快速增长中。国内外学者针对不同采深采空区地面沉降问题的研究已相当成熟,然而针对不同采深采空区残余变形问题的研究尚处于起步阶段,尤其未形成面向深厚采空区残余变形问题的专门研究。山东兖州古城煤矿共计58个采煤工作面,58个采煤工作面平均底板高程为-970.00m,平均采深为1017.79m,其所形成的采空区全部属于深厚采空区。论文以山东兖州古城煤矿58个采煤工作面作为地质背景和研究对象:首先,依托概率积分法,编写了一套“古城煤矿概率积分法下沉计算程序”专用计算套表,对古城煤矿58个采煤工作面进行了采空区地面沉降问题的定量和定性预测。结果主要为:最大下沉值为1783.40mm,“下沉0-500mm”面积为9493600m~2,“下沉500-1000mm”面积为7076500m~2,“下沉1000-1500mm”面积为5680900m~2,“下沉>1500mm”面积为702200m~2。其次,在采空区地面沉降问题预测、野外监测和室内数据处理的基础上,引入残余变形时间影响参数C_c,通过深厚采空区(古城煤矿1209工作面)和浅埋采空区(杨庄煤矿9304工作面)两个具体实例对比性的研究,得出了深厚采空区相较于浅埋采空区而言残余变形的一系列特征。结果主要为:深厚采空区残余变形阶段“开始”需经过更长的历时,达到一定比例的下沉值需经过更长的历时,残余变形阶段“本身”需经过更长的历时,总残余下沉量更大;进而,在古城煤矿1209工作面残余变形的研究结果的基础上,对古城煤矿58个采煤工作面进行了残余变形问题的定量和定性预测。结果主要为:最大残余下沉量为195.69mm,“残余下沉0-50mm”面积为19537800m~2,“残余下沉50-100mm”面积为2079600m~2,“残余下沉100-150mm”面积为1081100m~2,“残余下沉>150mm”面积为254700m~2。另外,通过FLAC3D数值模拟软件,建立了开尔文模型和摩尔-库仑塑性模型共存的混合本构模型地质体,即对古城煤矿单个和58个工作面残余变形问题进行了数值模拟手段的验证性和补充性研究。验证性结果主要为:古城煤矿“地面西部zz方向残余位移0点轮廓、位置”、“地面东部zz方向残余位移介于-50.00mm～-25.00mm之间”、“地面zz方向残余位移最大的两个点位实际位置和zz方向残余位移大小(依次为90.29mm、82.05mm)”,与引入残余变形时间影响参数的监测研究结果相符;补充性结果主要为:古城煤矿zz、xx、yy方向残余应力分别介于-5.41×10~7Pa～3.68×10~5Pa、-4.30×10~7Pa～5.83×10~4Pa、-4.32×10~7Pa～3.03×10~4Pa之间,同时实现了对古城煤矿西部、东部顶板(及以上覆岩)、底板(及以下岩体)和直接围岩的较为详细的残余应力分析。最后,在判定古城煤矿采空区残余变形不足以造成附属于古城煤矿的北环城公路局部点位超过200mm以上沉降破坏的基础上,对北环城公路路基土进行了土动三轴试验,研究了路基土土样的动力特性。结果显示:北环城公路3处钻孔路基土和地基土“经历1年动荷载”的条件下,最大残余沉降值为297.55mm,较大的围压会通过增大动模量和动阻尼比的形式抑制北环城公路路基土和地基土残余沉降值的增长,因此提出局部点位埋设护筒并进行强夯的处理措施是可行的。论文可为今后面向深厚采空区残余变形问题的研究提供一定方法和思路上的借鉴,也可为古城煤矿地质灾害治理和北环城公路保养维修提供一定理论和数据上的借鉴。论文包含图78幅、表18个、参考文献68篇。