西部干旱及半干旱区生态环境脆弱,在受到采矿等人为扰动后,生态环境问题更加突出。土壤作为植被的载体,对动物、微生物、气候等生态因子具有重要的影响,因此探寻开采对土壤关键物理性质影响具有重要的现实意义。目前较少学者从室内物理模拟角度探寻开采对土壤物理性质影响。本文依据相似理论和开采沉陷理论,采用量纲分析法推导了开采对土壤物理性质影响的物理模型试验相似准则及相似常数;设计了相似装置的关键尺寸参数、模拟开采尺寸、开采方法及监测系统,研制出开采影响土壤物理性质的三维物理模拟平台。本文合理选取52303工作面上覆岩层相似材料及其铺设方式,实现了土壤相似性铺设;提出了利用对照组和实验组降低边界效应的室内物理模拟数据获取方法及土壤取样点水平变形值的计算规则。从沉陷影响范围、主断面地表水平移动和变形、开采影响范围内水平变形角度,分析了造成土壤物理性质变化的开采沉陷相似的合理性。通过室内开采影响土壤物理性质的相似模拟试验及野外土壤取样试验分析发现,开采对土壤天然含水量和容重的扰动具有空间分区特性。开采降低了压缩区、拉伸区土壤天然含水量及拉伸区的土壤容重,提高了压缩区和拉伸区土壤天然含水量和土壤容重的离散程度。通过物理模拟实验还发现,压缩区土壤天然含水量变化与水平变形值呈现正相关,拉伸区土壤天然含水量变化、土壤容重变化与水平变形值均呈现负相关性。压缩区土壤天然含水量比拉伸区土壤天然含水量对地表水平变形更敏感。通过对开采前后土壤物理性质空间变化分析,发现开采增强了天然含水量、内摩擦角以及粘聚力的空间依赖性,减弱了有机质和天然孔隙比的空间依赖性。开采对天然含水量、内摩擦角以及粘聚力的扰动具有明显的空间规律性,并且受天然含水量变化的影响,开采对粘聚力和内摩擦角扰动的空间规律性与开采对天然含水量影响的空间规律具有很强的相关性:在外拉伸变形区开采降低了粘聚力;由内拉伸变形区向中性区方向,开采降低天然含水量和粘聚力的效果越来越明显,增大内摩擦角的效果越来越明显。