近年来我国城市规模不断扩张,建设工程的施工导致了频繁的路面塌陷事故,造成了重大的损失,并引起社会的广泛关注。地表塌陷是指在城市开发过程中,建设项目对地层不断造成扰动,致使土层中形成土洞并逐步发展直至地层土体达到承载能力极限状态并最终发生地表失稳的现象。本文采用室内模型试验与数值计算方法对塌陷土洞的发育机理进行了研究。首先,综合分析了国内报道的地表塌陷事故,对塌陷的形式进行分类,将塌陷土洞的发育破坏机制作为研究对象。其次,通过建立三维模型试验研究土洞的发育破坏过程,利用图像处理系统分析了试验过程中地表变形数据以及土洞的最终破坏形状,同时监测土洞发展过程中测量点土压力的变化过程。试验结果表明:土洞发生破坏时,洞顶沉降速度发生突变;土洞内部发生塌落的高度与土洞直径间的规律与普氏理论提出的几何规律吻合良好;土洞的破坏模式与其埋深有直接的关系,随着埋深变大,土洞由坛形破坏变化为直筒型破坏。然后,在室内模型试验的基础上,建立了研究土洞发育致塌的有限元分析计算方法,从土洞埋深以及其发育模式两方面模拟了土洞破坏的过程,数值模拟结果表明,埋深较浅的土洞发生塌陷事故时其地面的沉降更不易察觉,危险性相对较高,当土洞埋深进一步增加时,土洞产生漏斗式塌陷。进一步地,以有限元方法为基础,设计二次回归正交试验,讨论了浅埋土洞发育时填土粘聚力、泊松比、弹性模量、内摩擦角参数对土洞塌陷临界半径的影响,建立多因素影响下的土洞极限半径拟合方法,结果表明,填土粘聚力对土洞极限半径影响最大。最后选取塌陷事故案例进行有限元计算分析,计算结果与试验规律和现场塌陷结果相吻合。