近年来,城市化进程日益加快,为解决城市人口剧增与城市用地高度紧张的矛盾,济南市加快了地下空间工程的建设。这些工程的建设,导致基坑工程凸显出规模大、开挖深、场地小、支护和环境复杂等特点。在基坑变形中地层变形、支护变形、内力之间是相互联系的。但在目前基坑设计理念中仍存在基于内力控制忽略变形控制、过于保守、追求经济性导致设计失误等问题。此外在数值模拟法中,对复杂支护体系模拟技术和结果的可靠性缺乏有力的验证。本文结合具体基坑工程,运用理论分析、数值模拟、现场监测以及数据分析等研究手段分别对模型的建立,支护结构的模拟、优化,基坑开挖稳定性展开研究,主要工作及研究成果如下:(1)能够准确合理的建立基坑开挖及其支护分析模型。在参数选取方面:分别采用等效模量、加权平均的方法确定桩的弹性模量和桩土间的摩擦系数;在支护模拟方面:桩采用实体单元,土钉墙和支撑采用梁单元,在三维模型中将桩、土钉墙进行等刚度转化为连续墙、“板结构”;在接触设置方面:土钉墙-土体采用嵌入接触,桩侧-土体采用摩擦接触,桩底-土体和支撑-桩采用绑定约束。模拟结果表明,这样设置是合理的。(2)通过对二维、三维在无支护、有支护状态下四种模型的模拟,分析了基坑开挖支护过程中变形规律。在变形方面,结果显示无支护开挖产生很大的塑性变形,同时随着有支护开挖,围护墙水平变形由“悬臂式”先转变为“抛物线型”后转变为“呈现M的组合型”;地表沉降表现为“凹槽型”;基底隆起表现为弹性隆起。在模型方面,模拟结果表明,二维模型的操作简便、求解较快,但三维模型符实性更强,空间效果显著。(3)将其研究与模拟结果应用于济南地铁M1线华阳路站的设计与施工。在施工方面,通过对数据对比验证了模型的可行性,同时可结合现场测量对现场施工进行指导;在设计方面,实测和模拟值远小于控制值,设计过于保守,进而从桩径、配筋率等参数对支护结构进行适当的优化,节约材料和工期。