前言

自改革开放尤其是20世纪90年代以来，我国经历了世界历史上规模最大、速度最快的城市化进程，带动了经济社会的快速发展。但过去“摊大饼”式的城市扩张模式带来了交通拥堵、土地资源匮缺等“城市病”。开发城市地下空间并将部分基础设施地下化，是有效提升城市综合承载能力及韧性，实现城市由外延式扩张向立体式发展的重要手段。

然而，我国城市地质成因复杂多样、地质环境相对脆弱，城市地下空间开发打破了城市地质体的初始平衡状态，引起地下空间应力场、渗流场的变化，从而引发区域地层变形甚至坍塌破坏。如北京地区主要为平原区冲洪积扇及冲洪积平原相互交织区域，软弱土体大面积分布且浅表层地下水流场多变，地下空间建设易发生沉降、坍塌等各类工程事故。上海地区为三角洲平原地区，第四系覆盖层厚，软土大面积分布且承压水水头高，易发生软土变形、砂土液化、水土突涌、地面沉降等地质环境问题。如2003年上海地铁四号线“7·1”工程事故造成大规模地面塌陷，地表中央漏斗区最大沉降达3m，影响面积约7000m2。深圳地区为低山丘陵海滨城市，降雨丰沛，地下存在溶洞、孤石、风化深槽等特殊地质体，地层高度不均匀、变异性大，地下空间开发易诱发塌方等工程事故。因此，如何基于工程项目中有限的地质勘察数据构建三维全息地质模型，并利用模型对城市地下空间地质环境韧性水平进行评估，对掌握地下空间开发对城市地质环境的影响规律、正确认识地下空间开发与地质环境的关系，并在此基础上对地下空间进行合理规划、建设和管理具有重要意义。

本书将地下空间地质环境韧性定义为地下空间地质环境受自然灾害、地下工程活动影响时，在人为干预下维持或恢复其承载性能的能力。首先介绍基于图卷积神经网络和钻孔数据的地层体素建模方法、基于多输出稀疏贝叶斯学习的土性参数三维空间变异性表征及建模方法、岩土参数相关性分析及多元概率分布特征研究，然后提出城市地下空间地质环境韧性水平评估模型，对深圳市沿海地区、上海市崇明岛、青岛市崂山区和葫芦岛市兴城市分别进行海水入侵城市地质环境韧性水平评估，对深圳市、武汉市、泰安市和重庆市涂山湖片区分别进行岩溶塌陷地质环境韧性水平评估，对深圳市、上海市、天津市和西安市分别进行地面沉降灾害作用城市地质环境韧性水平评估，并对比分析不同地区在扰动强度、地质环境脆弱性、抵御力、恢复力、适应力和韧性水平等方面的差异，以期为相关领域的管理人员、科研人员及工程技术人员提供有价值的参考和借鉴。

本书相关研究受国家自然科学基金重大项目“超大城市深层地下空间韧性基础理论”的课题一“超大城市深层地下空间地质环境效应多场互馈机制及评估理论”(编号： 52090081)、国家自然科学基金面上项目(编号： 52378424)以及深圳大学2035追求卓越研究计划(编号： 2022B007)的资助，在编写过程中得到了深圳大学陈湘生院士和清华大学王恩志教授的悉心指导，深圳大学的张睿骁博士，研究生黄沛驰、陈胜、谢宇轩、吴棨徵，中南大学的研究生汪来、王胜军、孙广灿等也参与了部分研究、编写和校对工作，在此表示衷心感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足和不妥之处，热忱希望读者和同行专家批评指正。

苏栋等

2025年12月