随着地下空间开发利用进入蓬勃发展的时期,高层建筑的地下室、地铁、隧道、地下商业街和共同沟等基础建设产生了大量“深、长、大、非对称”等复杂基坑,这些基坑的设计理论研究大大滞后于实际工程,其设计计算缺乏相应的规范指导。鉴于大量的复杂基坑出现在实际工程中,加强对复杂基坑的理论研究是基坑工程中最重要的研究课题之一。本文采用MSD法这种基坑变形计算方法展开这方面的研究。本文首先对现有MSD法进行改进,包括对塑性变形机制,变形影响波长,土体不排水抗剪强度,土体抗剪强度调动系数和土体剪应变的表达式的改进以及采用迭代计算基坑变形的MSD解;其次,对改进MSD法进行参数敏感性分析,参数包括虚拟固定点位置参数、开挖深度的影响范围参数、围护桩抗弯刚度和支撑刚度、土体内摩擦角以及土体抗剪强度参数;再次,改进荷载非对称基坑的计算模型,利用弹性地基梁法求得荷载非对称引起的基坑非对称变形,进而得到荷载非对称基坑变形的改进MSD法解;最后,对荷载非对称基坑进行影响因素分析,分析的超载影响因素包括超载大小、距坑边的距离、分布范围以及施作时机。通过上述研究,主要得到以下结论和研究成果。1、相比于传统MSD法,本文改进的MSD法计算基坑开挖引起的围护结构侧移和地表沉降与实测数据更为吻合。本文改进的塑性变形机制和增量变形函数更能反映开挖基坑的实际增量变形;引入考虑的土体应力主轴旋转的不排水抗剪强度能提高MSD解的精确性;利用迭代法解决了能量守恒公式求解过程中的消元问题。2、改进MSD法的各参数中,内部参数能影响围护桩变形模式和最大水平位移增量,内支撑的抗压刚度对基坑变形的抑制作用强于围护桩刚度,内摩擦角和土体抗剪强度系数对基坑变形具有显著影响。3、改进的荷载结构计算模型适用于荷载非对称基坑变形分析,外荷载采用基于Flamant积分解简化的“三段折线”能较好反映不同荷载形式引起的水平附加应力在基坑围护结构深度方向的分布。4、超载引起的围护结构位移主要集中在开挖深度较浅的开挖过程中,超载大小和距坑边的距离能显著影响荷载非对称基坑的非对称变形,超载范围的增加所产生的基坑非对称变形并不明显,临时超载相较于既有超载引起的基坑非对称变形显著。本文的创新之处在于,理论推导对称基坑的改进MSD解析解,改进措包括以下五点:(1)采用引入内摩擦角的改进塑性变形机制;(2)采用能考虑开挖深度影响的变形波长;(3)采用能考虑土体深度和土体应力主轴旋转对的土体不排水抗剪强度;(4)采用基于双曲线模型的邓肯—张(Duncan-Chang)模型确定土体抗剪强度调动系数和土体剪应变的函数;(5)在能量守恒公式中考虑围护结构弯曲变形能和内支撑压缩变形,并采用迭代计算基坑变形的MSD解。同时,改进荷载非对称基坑计算模型,利用弹性地基梁法求得荷载非对称引起的基坑非对称变形,进而得到荷载非对称基坑变形的改进MSD法解,为非对称基坑计算变形提供了一种新思路。