在经济快速发展的大背景下,人类对地下水资源的需求越来越大,但过度抽取地下水会引起大面积的地面沉降,给人民的生命财产造成损失,影响城市的可持续发展。因此,掌握地面沉降的发生和发展机理,对于防治地面沉降具有重要意义。本文针对地面沉降的特点,采用二种先进的分布式光纤感测技术—布里渊散射光时域分析技术(简称BOTDA)和拉曼分布式光纤测温技术(简称DTS),在室内试验的基础上,研究了地面沉降发展过程中的水分场及变形场的耦合变化过程,初步揭示了在降水过程中弱透水层的释水变形特征及规律。论文的研究工作和成果如下:(1)分析了地面沉降产生的主要原因及危害,总结了现阶段地面沉降的监测技术手段与不足,介绍了几种分布式光纤感测技术的原理和技术优势,提出了地面沉降光纤监测技术的解决方案;(2)介绍了地面沉降中弱透水层的分布特点,尤其是长三角地区的第四纪地层分布以及弱透水层的基本性质,阐述了弱透水层在地面沉降中的作用;(3)设计了弱透水层土体模型及降水过程试验方案。通过室内土工试验确定了模型土样的土工参数;研制了适用于室内模型试验的土体应变场及水分场监测的二种特种感测光缆,即加置小圆片的聚氨酯光缆和碳纤维内加热光缆。(4)通过降水过程中弱透水层土体室内模型试验以及对试验结果的深入细致分析,建立了弱透水土体水文地质数学模型,研究了土体模型应变场与水分场在时间和空间上的分布规律。(5)重点研究了弱透水层土体在降水过程中的水分场和应变场的变化规律,发现弱透水层在降水过程中的变形分布在土体模型中呈现两头大,中间小的特点,同时其沉降速率随着时间逐渐减小,对其释水变形机理进行了初步解释。