本论文以西安市地铁三号线一期工程鱼化寨站深基坑工程为研究背景,通过理论分析和MIDAS-GTS三维数值模拟的方法,对采用钻孔灌注桩加钢管内支撑支护结构体系下深基坑工程支护桩桩身水平位移、坑底隆起和深基坑工程附近地面沉降的变形规律进行研究,同时对本深基坑工程支护结构体系关键参数进行数值模拟优化研究。(1)以西安市地铁三号线一期工程鱼化寨站深基坑工程的工程概况及工程环境为依据,经过对比分析择优选取了本车站深基坑工程支护结构体系,最终采用钻孔灌注桩+钢管内支撑的支护形式。并按照规范要求,对本车站深基坑支护结构体系参数进行初步设计。(2)综合考虑了土层物理力学参数、支护体系、边界条件、施工超载、自重以及开挖过程的因素,通过MIDAS-GTS三维数值模拟的方法对鱼化寨站深基坑工程开挖与支护全工况进行了模拟,研究分析了钻孔灌注桩桩身水平位移、坑底隆起和深基坑工程附近地面沉降的变形规律及成因。随着基坑向下开挖,支护桩桩身水平位移逐渐增大,并且最大位移值有向下发展的趋势。在完成工况一和工况二时,支护桩桩身水平位移变化曲线呈现“类大肚子形”,这是由于施加第一、二道钢管支撑和圈梁的缘故,内支撑体系限制桩身向坑内移动。在完成工况三和工况四时,支护桩桩身水平位移变化曲线呈现线性形状,这是由于随着基坑开挖深度的增大凸显出支护桩入土深度不够大,导致地层、支护桩和内支撑体系不能很好地发挥支护作用,桩身底端向坑内方向移动效应增强。随着基坑向下开挖,坑底隆起值逐渐增大,每次开挖完成后坑底隆起变形规律基本保持一致,呈现基坑开挖区域内中间位置变形大,基坑壁位置变形小的对称分布形式。工况一和工况二完成时基坑开挖深度最大只有8m,支护体系很好地限制了坑底隆起,所以坑底隆起值较小。在工况三和工况四完成时,坑底隆起值增长幅度很大,最大值达到64.97mm和112.5mm,这是因为随着基坑开挖深度的增大,凸显出支护桩入土深度不够大,导致基坑支护体系不能很好地发挥支护作用,桩身底端向坑内方向移动效应增强,从而挤压坑内土体产生较大隆起变形。基坑附近地面变形均呈现先隆起后沉降直到沉降趋于稳定的变形规律,并且随着基坑向下开挖,地面沉降值逐渐增大。在支护桩顶端附近的土体发生隆起,主要是由于第一道钢支撑和围护桩刚度大,桩顶端向坑外变形挤压土体产生隆起。(3)对单一黄土与复合黄土地层中深基坑的变形特点进行了对比研究。在桩身长度范围内随着深度增加,单一黄土地层中深基坑桩身水平位移变化呈现逐渐增大的趋势,而且变化曲线比较平滑,这和单一黄土地层中作用在深基坑工程桩后的土压力从上到下呈现线性连续分布有关。复合黄土地层中桩身水平位移也呈现逐渐增大的趋势,区别在于变化曲线整体不平滑,而是由几段平滑的曲线组合而成,呈现阶段性变化的特点,这是不同性质土体作用在桩身上的土压力变化规律不同导致的。(4)运用MIDAS-GTS三维数值模拟软件对鱼化寨站深基坑工程支护结构体系关键参数(桩体直径、桩体长度、钢管内支撑水平间距)进行了数值模拟优化研究,通过对比分析位移变形曲线得到了优化结果。桩体直径优化结果为0.8m,桩体长度优化结果为26m-28m,钢管内支撑水平间距优化结果为5m。