2020年,新基础设施和新型城镇化建设以及交通、水利等重大工程建设已成为国务院政府工作报告的重要内容。如今,随着城市化进程的加快,城镇的基础设施建设也得到了飞速的发展,城市地下空间的利用率越来越高,基坑工程的安全性及其对周边密集建筑的影响也日益重要。基坑开挖引起坑底和四周土体卸荷,导致周围土体所受的大主应力方向不断地发生变化,沿破坏面的土体表现出明显的强度各向异性特性,此时土体受力状态与通常认为的开挖范围内的应力分布并不相符,然而,在基坑开挖研究与设计中,一般很少考虑土体的各向异性,有必要对此开展系统的研究。本文从黏土的各向异性特征出发,基于实际工程,借助有限元理论,对各向异性土体中基坑开挖响应进行系统研究。本文的主要研究内容和结果包括:（1）基于苏州沧浪新城地铁站基坑场地土的室内试验结果,确定了场地土的各向异性参数,基于NGI-ADP各向异性本构模型,建立考虑了周围复杂建筑环境的精细化三维有限元数值模型,并从基坑开挖引起的土体和结构变形响应,如挡墙侧移、地表沉降、建筑物沉降等进行分析,并基于实际监测数据进行了模型率定。结果表明,建立的有限元三维模型可以得到较好的结果,考虑黏土各向异性的基坑开挖响应与实际监测值相一致。（2）基于PLAXIS和Python开发了自动批量计算并高效提取结果的程序,开展大量有限元计算并进行参数分析。研究了黏土各向异性比、土体强度和土体模量强度比在不同支护刚度以及不同基坑几何尺寸情况下对基坑开挖响应的影响。通过分析不同程度的各向异性土体中基坑开挖引起的塑性点分布,揭示了土体各向异性对基坑开挖响应的作用机理。通过分析开挖引起的挡墙变形,坑底土体隆起安全系数,墙后地表沉降,结果表明,土体各向异性比对开挖响应影响显著,对比不考虑黏土各向异性的工况,考虑了黏土各向异性的基坑变形量更大,基底隆起安全系数更低。（3）基于横撑轴力,分析了各向异性黏土中基坑开挖时的表观土压力。对比研究了基坑在刚性挡墙和柔性挡墙支撑下,黏土各向异性对表观土压力的影响,结果得出,与刚性墙相比,采用柔性墙时的表观土压力显著降低,且表观土压力随各向异性比的增加而增加,不考虑土体的各向异性会导致低估横撑轴力。此外,基于CIRIA’s DPL（CIRIA’s Distributed Prop Load）曲线,针对刚性和柔性挡墙分别提出了修正的考虑黏土各向异性的表观土压力包络线。（4）基于机器学习算法,分别建立各向异性黏土中基坑开挖引起的挡墙变形、墙后地表沉降、坑底隆起安全系数等响应的预测模型,并分别进行参数敏感性分析。对比分析了多元自适应样条回归（MARS）、多层感知回归（MLPR）、决策树回归（DTR）、随机森林回归（RFR）、极限梯度提升（XGBoost）等前沿算法用于预测基坑开挖响应的预测精度和鲁棒性,基于五折交叉验证对比分析了五种算法用于预测挡墙侧移的稳定性,采用Spearman相关系数分析了包括土体各向异性参数在内的7类参数之间以及各自与地表沉降的相关程度。结果表明,机器学习算法能较好地用于预测基坑开挖响应,相比于其他算法,RFR和XGBoost具有更好的精确度和鲁棒性。参数敏感性分析得出,土体各向异性比对挡墙变形,墙后地表沉降,坑底土体隆起安全系数的敏感性都较高。（5）基于工程实测值和反分析理论,采用自编数据表（Excel Spreadsheet）进行参数反分析研究。针对真实土体特性的不确定性,基于预测与监测结果差异最小化,分阶段反推更新土性参数及参数组合,进而将校核更新后的参数组合用于下一步开挖引起的响应预测,逐步提高预测精度。结果表明,基于沧浪新城地铁站基坑的挡墙侧移监测数据,利用反分析更新了由室内试验获得的土体参数,提高了挡墙预测的精确度。