地面塌陷是一类突发性的地质灾害,近年来在城市区域呈现多发频发的趋势,如2018年佛山塌陷,2020年西宁塌陷,造成严重的生命财产损失。亟需开展城市地面塌陷的监测和早期预警研究。相关资料表明,在塌陷形成之前,经常会出现地表下沉、裂缝等异常现象,可以利用这一特征来对潜在地面塌陷进行监测和早期预警,但是传统基于离散点的地表形变监测方法,不仅需要耗费大量的人力、物力,而且当监测大范围区域时效率较低。合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术凭借高空间分辨率、覆盖范围大、全天时、全天候等优点,被广泛应用于多种地表形变监测中。大量的实验和研究表明,InSAR技术可以用来监测地面塌陷前的信号特征,特别是在城市地区,具有成本低、效益高和较强的可行性。然而,目前的研究仍有一些问题尚未很好地解决或研究,如地表塌陷区形变量超过InSAR技术最大可探测形变梯度的问题,塌陷发生后的地表形变特征问题,以及塌陷形成机理的分析问题。基于此,本文选取了两个典型的研究案例—美国温克地区的两个塌陷坑和广东省佛山市的地铁2号线塌陷事故,利用多时域InSAR技术获取了塌陷发生前、后地表形变的时间序列信息,分析讨论了塌陷前后的时空形变特征,并结合地质资料分析了地表形变和塌陷的形成机理。研究结果可以为今后城市地面塌陷的监测和预警工作提供技术支撑。本文的主要研究内容及成果如下:(1)介绍了InSAR技术、差分InSAR技术、小基线集(Small Baseline Subset InSAR,SBAS-InSAR)技术、干涉图堆叠(Stacking)技术、多维小基线集技术(Multidimensional Small Baseline Subset,MSBAS)的基本原理和数据处理流程。(2)针对分别在1980年和2002年发生于美国温克地区的两个塌陷坑,基于2017-11至2018-06期间的18景升轨和18景降轨Sentinel-1A数据,利用MSBAS技术对现有塌陷坑及其附近区域的二维时空形变特征进行了监测。结果发现研究区在监测期间主要存在5个形变区,其中2号塌陷坑东向约1km的区域地表形变最严重,垂直向形变达到约55cm/a,水平向形变达到约12cm/a。结合前人监测结果和当地地质资料对形变原因进行了分析:地面沉降起因于由20世纪20年代开始的石油生产、地下水抽取及注水作业导致的地下可溶性岩石溶解,2011年的一场干旱加剧了地面沉降现象,2017之后沉降速率有变小的趋势,猜测可能是由于地表经过多年的沉降,空洞上覆土层慢慢向受力平衡状态发展。针对局部形变量大于InSAR技术最大可探测形变梯度的问题,采用“移去-恢复”法提高了形变监测的精度和量级,并提出了在无先验信息情况下的模型建立方法。通过对比使用“移去-恢复”法前、后的年形变速率图,发现局部形变量过大处的监测量级在使用“移去-恢复”法后大大提高,而其他区域年形变速率差值在mm级以内,从而证明了“移去-恢复”法的有效性和可靠性。(3)针对2018-02-07发生于广东省佛山市禅城区的地铁2号线塌陷事故,基于2017-03到2019-01期间的56景升轨Sentinel-1A数据和2014-11至2018-10期间的11景升轨ALOS-2数据,利用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降,形变速率达到30mm/a以上,而远离塌陷坑的地铁沿线地带大多比较稳定。通过对事发地的实地调查和形变特征分析,并结合当地地质资料合理地推测了塌陷形成的机理:供水管道下方的软土存在不均匀沉降,使水管产生裂缝导致管道内水外渗,进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝,最终引起隧道和地面坍塌。