近几年城市中轨道交通工程飞速地发展,而地铁车站基坑深度大、周围环境复杂,对深基坑支护工程提出了更高的要求。目前对于济南地区土岩组合基坑的相关研究相对较少,基坑变形特征、支护结构设计中还有许多问题亟待研究,因此本文通过现场监测数据统计分析和数值模拟,研究了土岩组合基坑的变形特性和嵌岩部分的极限承载力,并据此对支护结构进行优化设计。本文主要研究内容及结论如下:通过对实测数据统计分析,研究了三种支护形式基坑的地面沉降、支护桩水平位移等变形特性。结果表明:(1)土岩组合基坑地面变形还是以沉降为主,而且地面最终变形值大部分都较小,最大沉降量约为0.046%H,平均值为0.024%H,小于设计要求的0.2%H。(2)吊脚桩支护的土岩组合基坑外的地面沉降和桩体水平位移大部分都是在土层开挖阶段产生,而放坡土钉墙基坑第一级放坡开挖阶段大部分地面沉降就已经完成,放坡嵌岩桩组合支护下部嵌岩桩支护部分开挖时产生地面沉降较大。通过数值模方法对实测分析进行了对比和拓展,通过3组共38个二维有限元模型分别分析了三种支护基坑的受力变形特性,并分析了嵌岩深度、岩肩宽度、桩径、桩间距、锚索预应力等因素的影响。计算结果表明:(1)吊脚桩基坑外土体的沉降和水平位移的影响范围约为坑外0.7H;放坡土钉墙和放坡嵌岩桩组合支护基坑的放坡部分会产生较大的隆起变形;土岩组合基坑坑底为岩层,所以坑底隆起变形较小。(2)吊脚桩基坑的锚索预应力增大,坑外地面沉降和桩体水平位移显著减小,且桩体的剪力和弯矩也减小;桩体剪力和弯矩随着岩肩宽度、桩体的抗弯刚度的增大而增大。(3)放坡嵌岩桩组合支护基坑中,锚索预应力与抗弯刚度越大,桩体水平位移越小;锚索预应力越大桩体的剪力弯矩越小,抗弯刚度越大桩体的剪力弯矩越大;各因素对于基坑变形和桩体受力的影响较小。针对吊脚桩和嵌岩桩的嵌岩部分进行三维数值模拟分析,研究了嵌岩部分的受力变形特征、极限承载能力和抗变形能力,并分析了嵌岩深度、岩肩宽度、桩径、桩间距等因素的影响。计算结果表明:(1)吊脚桩和嵌岩桩的p-y曲线可以分成3个明显的区段:初始线性区、过渡区和末端线性区;在末端线性区桩体周围的大部分岩体都进入塑性区;吊脚桩嵌岩部分的极限承载能力和抗变形能力都远小于嵌岩桩。(2)随着嵌岩深度的增加,吊脚桩和嵌岩桩的承载力都增大,但嵌岩深度大于3m后对地基模量的影响较小。桩间距越大,桩体的承载力越大,而桩径对于承载力影响较小。随着岩肩宽度的增加,吊脚桩的承载力和地基模量都增大;预留岩肩宽度为3m时,吊脚桩和嵌岩桩的承载力仍然有较大的差距。