高层建筑以及地下工程的不断涌现,深基坑工程数量迅速增多。地下空间作为一种尚未开发的资源引起人们的广泛关注,导致深基坑工程的设计与施工成为岩土工程领域研究的热点问题。基坑工程研究中存在着由材料本构模型的选择不同而引起的结论差异较大的问题、基坑周围土体的应力路径研究不够系统和不够完善。同时由于饱和-非饱和渗流及渗流与应力耦合、时空效应等方面的研究工具和手段相对缺乏,导致在基坑工程中,这些方面的研究成果较少。这几方面的问题均制约了深基坑工程研究的进展。为了提高指导深基坑工程实践的科学性,全方位的了解基坑工程的工作状态,开展深基坑开挖过程中的应力路径、渗流与应力耦合分析及时空效应研究意义重大。本文针对深基坑研究中存在的上述不足,融合现代有限元等理论与技术,对深基坑开挖过程中不同区域的土体应力路径、基坑降水过程中的渗流与开挖过程中的应力耦合、软土基坑的时间效应和空间效应等方面进行了系统的理论分析和数值模拟,主要研究内容和成果如下：在参考大量国内外相关文献的基础上,系统总结了深基坑工程应力路径和时空效应方面的研究进展以及存在地问题,确立了本文的研究方向与研究内容。系统论述基坑工程中土体的基本物理力学性质,详细对比几种常用本构模型的特点以及在基坑工程中的适用性。分析结果表明：改进的Mohr-Coulomb塑性模型、Drucker-Prager模型和修正的Drucker-Prager/Cap模型比较适用于基坑开挖工程中的应力、位移分析。此外,结合商用有限元软件的功能探讨了考虑岩土蠕变特性的扩展Drucker-Prager模型和修正的Drucker-Prager/Cap模型在基坑开挖工程中的应用。分别系统的分析了二维、三维基坑在开挖过程中周围土体应力路径的变化情况。分析结果表明：平面基坑可以划分为侧向卸荷区、轴向卸荷区以及过渡区域三部分。空间基坑由于三维应力路径复杂,根据三个方向应力变化情况,可以划分为主动区和被动区。采用改进的Mohr-Coulomb塑性模型,对二维、三维基坑开挖过程中周围土体应力路径的变化进行数值模拟计算,计算结果表明：平面基坑在开挖过程中,侧向卸荷区的侧向水平应力降低,竖向应力变化幅度不大。轴向卸荷区的竖向应力急剧下降,同时水平应力也相应有所降低。过渡区域的应力情况复杂,具体变化情况应综合考虑开挖卸载量大小以及围护结构整体的侧向变形情况。空间基坑在开挖过程中,主动区竖向应力基本保持不变,水平方向应力变化趋势与所处的部位密切相关。被动区竖向应力明显降低,水平应力也降低,但基坑角部的水平应力降低幅度明显高于其它区域的降低幅度。在系统总结地下水的渗流规律的基础上,建立适用于基坑降水的三维渗流有限元模式。对基坑三维降水过程进行数值模拟,模拟结果表明：采用地下连续墙的支护形式对基坑进行降水和开挖施工时,基坑外地下水位基本上不会产生变化,因此有效的降低了降水以及开挖施工对基坑外围环境的影响。对于地下水较高的城市闹市区进行基坑工程开挖,应首选地下连续墙支护形式。在饱和-非饱和土的有效应力原理和水流连续性定律基础上,推导出考虑孔隙水压力和结点位移的有限元直接耦合模式。在耦合模式基础上,对基坑工程进行三维渗流和应力耦合数值模拟,模拟结果表明：基坑降水对基坑中土体的σz′影响较小；基坑开挖导致基坑内土体的σz′明显下降,但基坑外土体的σz′基本不变。基坑开挖过程中设置地下连续墙支撑能有效的限制连续墙体整体的侧向位移,同时亦能有效让连续墙体最大侧向位移从边缘中部向两端进行转移,避免了中段位移不断增大的不利情况出现。在系统地对基坑工程的空间效应和时间效应的表现形式和原因进行了分析的基础上,结合具体的基坑工程,采用考虑蠕变的修正Drucker-Prager/Cap模型进行了数值模拟计算。结果表明：基坑工程的空间效应是由于围护结构在不同部位具有不同的结构刚度而引起的。基坑工程的时间效应是由于开挖过程中对土体物理力学性质改变需要时间来完成和土体本身具有流变特性所导致的。基坑开挖过程中,围护结构侧向水平位移、基坑四周地面沉降和围护结构内外侧土压力大小在空间上均是存在明显的差异。此外,对于具有明显流变性能的软粘土的基坑,开挖结束后应尽量避免暴露时间过长,同时应在开挖过程中应及时设置有效的支撑,提高围护结构局部区域的结构刚度,减小基坑空间效应的影响,保证基坑安全稳定的工作。