在模型试验、数值模拟的基础上，本文以处于采煤沉陷区的某矿区组合框架桥为原型，建立了组合框架桥力学模型，研究不同地基倾斜下沉和竖向荷载情况下组合框架桥的承载特性，组合框架桥结构变形与地表倾斜变形的关系，以及对本文提出的一种加高既有桥体来治理采煤沉陷区框架桥沉陷的方法进行合理性分析。通过模型试验，研究在不同的地基倾斜变形和竖向荷载条件下，采煤沉陷区组合框架桥上下箱涵附加应力变化规律和桥体上部箱涵结构的倾斜变形。研究结果表明，在一定范围内，竖向荷载不变时，地基倾斜变形斜率的增加，能够提高组合框架桥的承载能力，对框架桥结构本身是有利的；地基倾斜变形不变时，竖向荷载的增加，会使组合框架桥更快的达到承载能力极限状态，对框架桥结构本身是不利的；地表倾斜变形≤5‰时，组合框架桥上部箱体的倾斜变形与地表倾斜变形相接近，但随着地表倾斜变形的逐步加大，地表倾斜变形开始逐渐大于组合框架桥上部箱体的倾斜变形，且两者的差值呈逐渐增加的趋势；组合框架桥上部结构倾斜与地表倾斜近似成线性关系。基于ANSYS有限元分析软件，建立了两种不同连接形式的组合框架桥数值模型，对比分析了其在不同地基倾斜变形和竖向荷载情况下结构的附加应力变化及变形规律。研究结果表明，采用植筋形式连接的组合框架桥与仅利用摩擦作用连接的组合框架桥相比，具有更好的承载能力和抵抗变形的能力，证明在采用加高既有桥体的方法来治理釆动沉陷引起的桥涵下沉时应进行植筋处理，为采煤沉陷区框架桥的治理奠定了良好的基础。