随着城市轨道交通的建设,地下空间大规模开发和利用,产生大量基坑,使以地铁深基坑为主的土与结构稳定性问题日益受到关注。地铁基坑一般位于市区繁华和周边环境复杂的位置,且现如今基坑设计理念由强度控制变为变形控制,所以地铁基坑施工过程中的内力和变形与基坑的整体稳定性密切相关,可见针对地铁基坑变形过程的模拟和稳定性研究具有重要的理论与工程意义。传统地铁基坑研究主要关注地铁施工工艺及其对周围环境的影响,随着非线性接触理论的发展成熟,对非线性接触在基坑开挖变形中的研究越来越深入。论文通过理论分析、室内试验、数值模拟、工程监测等研究手段相结合,采用的地铁基坑稳定性评价因素包括桩墙位移、墙后土体位移和支撑轴力,对考虑土结相互作用的地铁基坑变形和稳定性开展系统研究,本论文主要研究工作如下:(1)通过对国内外文献资料的搜集与整理,系统地总结了地铁基坑施工变形及稳定性的研究状况,分析了地铁基坑与普通深基坑的异同;阐述了国内外接触理论的研究现状,分析了 Goodman接触单元及各修正Goodman接触单元在实际应用中存在的问题与局限性。(2)进行不同土与素混凝土的接触面试验,通过室内模型实验,得到土结相互作用时接触面应力应变非线性关系,基于Clough与Duncan切向模型双曲线关系,得出Goodman接触单元中切向非线性参数:K、δ、n、Rf;在有限元软件中建立三维土结模型,基于ABAQUS二次开发功能,编制了满足Clough与Duncan切向模型双曲线关系的FRIC子程序,对比分析了罚函数法和非线性法接触模型在数值计算中接触力学性质。(3)基于ABAQUS有限元平台及子程序,研究了不同接触参数下土-结接触的力学特性以及土体的弹塑性变形特征,分析了罚函数模型的摩擦系数和非线性模型的Clough与Duncan双曲线参数(K、δ、n、Rf)对桩墙位移、墙后土体位移和支撑轴力的变化规律及对基坑稳定性的影响。(4)采用单因素分析法,选取了土体参数和围护结构参数,分别进行了土体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、桩墙刚度、桩墙入土深度和支撑刚度等参数研究,分析了土体参数和围护结构参数对桩墙位移、墙后土体位移和支撑轴力的变化规律及对基坑稳定性的影响。(5)依托实际地铁工程,研究了不同接触模型(非线性法和罚函数法)对地铁基坑内力与变形的影响,对比分析了非线性法和罚函数法的接触模型对基坑墙后土体位移、桩墙位移以及支撑轴力的影响,并将不同接触模型(非线性法和罚函数法)数值计算结果与实际监测数据进行对比,从而验证了非线性法接触模型在地铁基坑开挖工程中应用的合理性与有效性。