基坑是一个具有长度、宽度、深度的三维空间结构体系。在一般的设计和研究中,人们常常将其简化为二维平面应变问题进行分析计算。这不能完整地反映基坑的空间性状以及尺寸效应,因此我们有必要从三维角度进行分析。本文利用有限元程序ABAQUS建立考虑土和支护结构相互作用的基坑开挖三维有限元模型,对基坑的空间性状进行了较系统的分析,研究了在基坑分步开挖过程中,支护结构的水平位移、土压力分布、坑底隆起的空间分布情况,以及土压力与挡墙位移的关系,并且探讨了基坑几何尺寸对基坑支护结构的角部效应、挡墙位移、土压力分布、坑底隆起的影响。有限元分析结果表明:(1)基坑开挖具有较强的分步效应和空间效应,基坑的变形在基坑角点或中部达到最小值或最大值;在基坑支护过程中,土压力的大小在静止土压力值的基础上随支护结构向坑内侧位移增大而减小;土压力的分布由静止土压力的三角形分布随支护结构位移变化成其它分布。(2)围护结构的水平位移、土压力分布以及坑底隆起具有明显的空间效应:基坑边角附近的空间作用较强,而中部较弱。基坑边角处围护结构的水平位移和被动土压力较小,随后逐步增大,至基坑中部达到最大值。而主动土压力的变化规律则相反。(3)主动土压力与挡土墙位移之间的关系可以用双曲线来拟合。(4)基坑几何尺寸对基坑的变形影响显著。随着基坑长宽比的增大,空间效应逐渐减弱。其间存在一临界长宽比,当超过临界长宽比时,计算结果逐渐趋近于某一稳定值。最后,采用本文所述的方法对一个实际工程进行了数值模拟,对计算结果和实测结果进行了对比和分析,验证了计算模型的合理性和适用性。