北方山丘区地下采煤导致土地塌陷,形成采煤沉陷区。由于采煤时间长、程序复杂、开采量大,多煤层开采形成的沉陷区具有塌陷次数多、稳定时间长的特点。地表持续变形造成农田建筑物受损,以致影响农民生产、生活的问题亟待解决。本文以山西省晋城市成庄矿井采煤塌陷区为研究对象,依据钢筋混凝土涵洞相关设计规范及其标准图件的要求,结合国内外采动区涵洞抗变形的特殊处理及研究区土地综合整治影响因素调查成果,应用开采沉陷学以及有限元分析原理,根据模拟地表塌陷的ANSYS二维、三维有限元模型的变形分析结果,提出了可以抵抗一定程度塌陷的农田钢筋混凝土圆管涵柔性设计技术和方案。论文主要获得以下研究结果:(1)确定了抗塌陷小型圆管涵各结构在有限元模型中的单元类型,包括管线单元、管线周围填覆土体、接触单元。最后确定了有效模型区域及边界条件。(2)提出了抗塌陷小型圆管涵柔性设计技术,涵盖钢筋配比、沉降缝、地基、涵管管身、接头等方面。并依据传统涵洞结构力学分析方法,利用PCVX软件证明了结构在地基未塌陷的常规条件下符合涵洞设计规范中各项要求。(3)运用ANSYS软件,对不同厚度、不同管型的钢筋混凝土圆管涵进行了二维模型的静力分析和特征值屈曲分析,确定了最优方案和结构最大承载力;建立了涵管三维模型,运用非线性屈曲分析模拟了涵洞塌陷并分析其结构稳定性,提出了相对应的配筋原则。证明所提出的涵洞设计方案能够有效适应20 cm的地基沉降。(4)提出了柔性接头、四铰式涵管、柔性地基、优化配筋等柔性设计技术方案,该方案具有成本低、应用方便等特点,并给出了钢筋混凝土圆管涵柔性设计技术的全套图纸。