随着我国经济技术的快速发展和城市人口密度的不断增加,地上可用空间不断缩小,地下空间工程大量建设,深基坑工程越来越多。城市里的基坑工程由于其位置的特殊性,周边邻近建筑物极多,选择合适的支护结构可以有效约束基坑的变形,减小地面沉降和坑底隆起,进而提高基坑的整体稳定性以及减少对周围既有建筑产生过大的影响。国内外基坑垮塌事故时有发生,若支护结构发生局部失效,就有可能导致支护结构变形过大进而导致基坑安全事故的发生。因此,开展深基坑支护结构局部失效及其对基坑的整体稳定性的影响研究是十分必要的。本文以广州新白云国际机场第二高速公路基坑工程为背景,通过采用现场调研、理论分析、现场监测和数值模拟相结合的方法,对基坑开挖过程中的空间效应、支护结构的力学效应、基坑支护桩及水平支撑局部失效对基坑整体稳定性的影响等进行了较为系统深入的研究,并基于依托工程研究了内撑式排桩支护结构设计参数对基坑的冗余度影响。主要研究内容和成果如下:(1)采用Midas-GTS NX有限元数值分析软件建立了模拟实际开挖过程的三维有限元基坑模型,将现场监测结果和数值计算结果进行对比分析,二者分布规律相近,验证了数值模型及其参数选取的合理性,可以用于后续拓展分析。(2)采用数值模拟方法研究了基坑开挖全过程,分析了不同开挖深度下坑外地表沉降、支护结构受力变形变化规律和不同位置处基坑的力学效应。研究表明:支护桩的最大水平位移出现在坑底附近,水平支撑的竖向位置对于桩身内力的分布有较大影响;基坑存在较为显著的空间效应,基坑越深,空间效应越强,基坑中部变形大于基坑边角变形,当距离坑角超过3倍基坑开挖深度时其变形可以等效为平面应变状态;坑外地表沉降曲线呈“凹槽型”变化规律,沉降最大值出现在约0.7倍基坑最终开挖深度。(3)采用拆除构件法模拟研究了支护桩和水平支撑局部失效对基坑整体稳定性的影响,得到了局部失效发生后支护体系受力变形与基坑位移变化规律。研究表明,邻近破坏桩的弯矩传递系数和单桩安全系数的相对大小决定了连续破坏是否继续发生;破坏形成的塌陷区轮廓为圆弧状,当破坏范围增大到一定程度,塌陷区在宽度方向的范围不再增加,而在长度方向的范围继续增大;随着破坏范围的增大,土体滑塌引发的卸荷效应逐渐增强,当土体产生的土拱效应不足以导致邻近的支护桩发生破坏时,连续破坏就将终止;当水平支撑发生局部失效后,剩余未失效杆件并非均摊原被拆除杆件承担的荷载,释放的荷载基本只作用到被拆除杆件两侧最近几根杆件,可导致邻近支撑轴力大幅增加,进而引发支撑的连续破坏。(4)采用数值模拟方法对比分析了不同支护参数正常使用情况下的支护结构受力变形特征,获得了不同设计参数取值对支护结构和基坑位移的影响规律,然后在5根桩局部失效的情况下研究了支护参数变化对基坑的冗余度影响。结果表明,支护桩和支撑刚度适度增大有利于减小基坑的变形,支护桩入土深度和水平支撑竖向位置对基坑的影响显著,入土深度不足,桩身将发生较大的整体侧移,适当加密水平支撑的横向间距,可使基坑在发生局部失效后支护体系有更多的传力路径,基坑抗连续倒塌的能力更高,第三道水平支撑的位置布设对于基坑的安全至关重要,其影响程度高于其他两道支撑。