近年来,随着岩溶山区长大隧道工程的施工,岩溶突水灾害及诱发的次生灾害日益增多,岩溶突水往往伴随着地下水位迅速下降,并进一步诱发浅层地表岩溶塌陷灾害现象时有发生。岩溶塌陷在形成时由于受到地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、气象、时间、空间等因素的综合影响,因而决定了岩溶塌陷形成机理的复杂性,与此同时也决定了岩溶塌陷防治的复杂性和艰巨性。同时,由于受到现场试验条件的制约,难以直接通过现场试验来开展岩溶塌陷机理和塌陷时上覆土层的力学特性变化规律研究。因此,本文在对国内外岩溶塌陷研究现状总结分析的基础上,通过对岩溶塌陷的形成条件、塌陷的影响因素、土洞扩展的力学性质、典型塌陷的地质概化模型的研究分析,选取黏性工作为岩溶覆盖层,基于室内沙箱试验,对岩溶山区隧道施工突水引起上覆土层塌陷过程进行物理模拟试验,分别模拟覆盖层厚度、溶洞开口大小及供(排)水条件不同时上覆土层的变形致塌规律,并根据监测结果研究了岩溶塌陷预测的方法,通过研究取得如下成果:(1)通过对土洞形成的基本条件、土洞扩展的力学分析、地表塌陷的机理三个方面进行了详细分析研究,总结了不同工况条件下岩溶塌陷的致塌机理。(2)结合岩溶塌陷机理的理论分析,设计并制作了物理试验模型,对不同致塌作用(潜蚀作用、崩解作用、真空吸蚀作用以及渗压作用)下岩溶土洞内部发育情况展开了物理模型试验,分析了不同致塌作用下土洞发育规律,揭示了不同致塌作用条件下的岩溶塌陷机理。结合地质雷达扫描,研究了突水条件下土洞发育扩展机理和土层内部结构的变化规律。(3)根据土洞发育的影响因素设计了 9组正交模型试验,研究了不同溶洞开口大小、覆盖层厚度以及涌水量条件下土层不同位置应变、应力动态变化。以土层土压力突变值为指标展开了正交试验方差分析,并分析了各影响因素的敏感度。(4)以模型试验监测数据为依据,建立了基于IOWHA算子组合模型的岩溶塌陷预测方法。