近年来,国家油气资源勘探和开发均取得了较大进步,管道作为油气资源最主要的输送方式,其结构安全性和运行可靠性受到了广泛的关注。由于埋地管道直接与地层接触,其受地质灾害的影响突出,复杂多变的地质环境容易造成管道大变形甚至失效从而引发事故,不仅造成严重的经济损失,甚至对生态环境产生了破坏。其中,开采沉陷区对埋地管道的影响越来越突出。为此,本文建立了开采沉陷区埋地管道的数值模型,研究了位于开采沉陷区埋地管道的力学特性及变形机理。研究结果为埋地管道的敷设设计、安全评价、维护防护等工程应用提供理论参考。本文基于弹塑性力学、弹性地基梁理论、土力学及有限元理论,分别建立了开采沉降区、开采塌陷区及开采沉陷后悬空管道的三维管土耦合数值模型,针对开采沉陷区埋地管道的力学行为开展了系统研究,具体包括以下方面:(1)分析埋地管道变形的理论模型,通过弹性地基梁理论验证并建立地层沉降区埋地管道的数值计算模型。合理选取管土材料与接触特性,分析了开采后管道的变形规律,同时研究了不同因素(管道参数、开采区参数、开采区走向及开采区倾斜)对管道变形的影响。(2)开采后地层可能发生塌陷,因此建立了地层塌陷的管道数值计算模型,研究地层塌陷后的管道应力应变响应,并探究了不同参数(管道参数、围土参数)对管道应变及截面形状的影响。(3)开采区地层沉陷后管道会产生悬空,因此基于数值模型研究了悬空管道的变形规律,并分析了悬空长度、管道直径、壁厚、管道内压、内部流体重力及端部土体对管道应力应变的影响。(4)基于地层沉陷后管道的三种工况(地层沉降、地层塌陷、管道悬空),对弯曲管道的应力应变进行了详细的分析,并讨论了管道弯曲与沉陷区情况对管道变形规律的影响。