复合土钉墙是在土钉墙的基础上加入预应力锚杆、止水帷幕、微型桩等辅助结构,形成以土钉墙受力为主的复合式基坑支护结构,其内部及外部与土体介质之间存在着复杂的相互作用问题,在以往的设计中辅助结构多作为安全储备,但是试验和实际监测数据表明,辅助结构也有分担荷载和限制位移等作用。为进一步明确复合土钉墙支护结构间的协同作用机理,以水泥土墙-土钉复合支护结构为研究对象,结合工程实例运用FLAC3D有限差分软件建立三维模型,将模拟结果与监测数据进行对比分析,研究水泥土墙-土钉复合支护结构的基本作用规律,并验证三维模型的适用性与可行性。在研究基本作用规律的基础上,以水泥土墙最大水平位移为衡量指标,利用正交试验对结构设计参数进行影响因素敏感性分析。根据基本作用规律和敏感性分析结果,引入协同作用的理念,利用水泥土墙宽与土钉平均投影长度的比值,简称“墙钉比”,对土钉墙和水泥土墙在土体介质中的协同作用机理进行数值模拟研究,并结合其他工程实例,给出墙钉比合理的取值范围,主要结论如下:(1)水泥土墙-土钉复合支护结构的水平位移曲线表现为“凸肚”状,最大值在0.7～0.9 H范围内;地表沉降曲线表现为“勺子”状,沉降幅度最大的地方在距基坑边缘1～2H范围内;土钉轴力表现为中、前部大,两头小的“枣核”形状;基坑隆起表现为中间隆起较大,四周较小的“土丘”状;滑裂面大致呈弧形,水泥土墙对每个开挖步骤的安全系数均有提高。(2)结构设计参数对水泥土墙最大水平位移的影响敏感程度依次为:土钉长度>水泥土墙宽>土钉水平间距>水泥土墙抗剪强度>土钉倾角>水泥土墙空间位置,土钉设计参数中土钉长度最为敏感,水泥土墙设计参数中水泥土墙宽最为敏感。(3)在土钉设计参数中,改变土钉长度,墙钉比在8%～11%之间时,水泥土墙最大水平位移较小;土钉倾角对墙钉比的影响范围较小,主要集中在8%～11%之间,墙钉比在9%～10%之间时,水泥土墙最大水平位移较小。在水泥土墙设计参数中,改变水泥土墙宽,墙钉比在7%～12%之间时,位移明显减少,水泥土墙最大水平位移较小;改变水泥土墙的空间位置,在墙钉比不变的情况下,水泥土墙在基坑边缘时,约束水平位移最为明显,后移会影响土钉轴力的发挥。通过对四个结构设计参数的协同作用分析,以及16个复合土钉墙基坑支护工程实例的分析,在工程设计时建议把水泥土墙放在基坑边缘,墙钉比取值范围控制在8%～10%之间,此范围内支护结构受力合理,协同作用效果最好。(4)三维模型可以反映基坑的空间效应,分析结果优于二维模型;荷载分担比随基坑的动态开挖而改变,水泥土墙分担荷载的比例逐渐减小,土钉墙分担荷载的比例逐渐增大。