提出了一种基于双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory, BiLSTM) 神经网络的多层岩土环境溶洞三维定量智能识别方法。首先，借鉴浅层地震反射波法原理，建立含有单个无填充球形孔洞的多层岩土结构模型，并计算桩锤激振下地表的加速度响应信号；其次，针对不同溶洞工况大量建模，以获取不同工况下的响应信号作为数据集；最后，基于BiLSTM设计了双数据通道分离架构网络模型，实现了对多层岩土环境下不同溶洞工况的定量识别。研究表明，本文所提出方法能够对不同岩土体结构下溶洞的三维位置和直径进行定量识别，且在3 m容差范围内的识别准确率达到了98%以上。