高速公路桥隧下伏采空区的潜在危害性评价和处治技术是目前具有挑战性的难题,开展下伏采空区桥隧工程的变形及受力特征研究具有重要的理论意义与实用价值。结合青岛–银川高速公路下伏采空区矾水沟大桥–师婆沟隧道工程,运用数值模拟与理论分析相结合的方法,探讨了高速公路下伏采空区桥隧工程危害性评价及有效工程对策,并对采空区地表沉陷变形进行了预测分析。主要研究内容总结如下:(1)基于现场调研和勘察资料,对桥隧工程场地进行了工程地质稳定性分析,并对下伏采空区危害程度进行了评价。(2)在分析已有建模方法的基础上,针对FLAC3D面向复杂地质体与结构工程前处理建模存在的技术困难与不足,提出了通过MATLAB编程实现数据转换的MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模新方法。(3)利用提出的MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模技术,成功构建了下伏采空区矾水沟大桥–师婆沟隧道工程FLAC3D三维数值模型;分别对分期采矿形成地下采空区、对双层采空区进行注浆处治、然后进行桥隧工程施工过程中地表变形响应、隧道初衬结构、桥梁和墩台的变形及受力特征等进行数值模拟分析,揭示了不同工况条件下的地表变形程度,确定了地表沉陷盆地特征及沉陷盆地中心位置,对隧道初衬结构和桥梁墩台的变形和受力关键部位进行了预测。(4)基于对Usher模型用于地表沉降预测的可行性分析,建立了沉降预测Usher模型;通过对比几种现有的模型参数求解方法,选用Origin软件求解了模型参数,并将其预测结果与实测数据、双曲线模型和灰色模型预测结果进行了对比分析,结果表明Usher模型预测效果良好。