随着我国经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快,对地下空间开发利用的要求越来越高。在城市建设中,高层建筑深基坑科学施工与合理利用是城市地下空间开发最为常见的形式之一。红粘土是一种分布广泛的特殊土体,红粘土深基坑和高边坡工程不但是我国城市建设的重要内容,而且也是城市工程建设的重点和难点,红粘土深基坑和高边坡工程的开挖、支护以及深基坑的开发利用等问题随之成为红粘土地区各类工程建设的重点和难点。由于红粘土具有特殊的分布地区和工程力学性质,为满足红粘土地区城市地下空间开发利用和红粘土高边坡治理的工程要求,以贵阳某高层建筑地下室深基坑工程为研究背景,采用理论分析、室内模拟试验和数值分析等方法对红粘土在侧向卸荷条件下的破损机理和深基坑开挖施工的稳定性等问题进行了较为系统、深入的研究,论文的主要研究工作和创新成果如下:(1)采用地质环境分析方法分析了红粘土的地质分布、地质环境和地质成因,采用能谱分析、SEM扫描等现代分析测试技术对同一剖面不同位置红粘土的化学成分及微细观结构特性进行了试验分析,得到了红粘土的化学成分组成比例,提出红粘土的微观集粒结构模型,并探讨了红粘土的化学成分和微观结构的工程力学效应。(2)采用真三轴仪模拟同一剖面不同位置的红粘土侧向卸荷条件下的应力路径进行真三轴试验,并与加载条件下的真三轴试验结果进行对比分析,得到红粘土的强度在同一围压下随着中主应力比的变化具有先增大后减小的变化规律,侧向卸荷较竖向受压更容易使土体发生结构性破损而破坏。(3)采用宏观变形特性与微观结构破损相结合的方法,分析了土体变形破坏的理论模式及红粘土侧向卸荷条件下的结构性变形破损机理,提出了红粘土在侧向卸载条件下不同剖面位置的脆性压剪和塑性拉剪滑移两种结构性变形破损模式,建立了红粘土在开挖条件下变形破损的微细观破损力学机制。(4)利用特殊数字图像处理系统对不同荷载条件下红粘土的微细观结构图像进行处理,采用SPSS等计算软件对试验数据进行多元逐步回归分析,探索红粘土微细观结构参数及其与应力、变形之间的近似定量关系,确定了宏观变形的关键微观结构参数,分析了红粘土宏观变形破坏与微观结构参数之间的内在关系。(5)根据真三轴试验结果,研究了侧向卸荷条件下的红粘土深基坑稳定性分析方法,提出了双强度参数动态折减法,修改本构模型参数,建立了基于侧向卸荷的红粘土M-C本构模型,并据此提出了采用大型岩土工程计算软件FLAC3D计算红粘土深基坑稳定性系数的计算方法。(6)比较了不同屈服准则的适应性,分析了本构模型的研究方法,在分析红粘土结构性损伤力学机制的基础上,提出了红粘土结构强度参数比指标。定义了损伤参数,推导了红粘土弹塑性损伤本构模型,提出了红粘土弹塑性损伤本构模型的验证思路和方法,并对模型进行了初步验证。(7)采用双强度参数动态折减法,选择M-C本构模型和二次开发的弹塑性损伤本构模型,应用FLAC3D计算软件对红粘土深基坑稳定性进行了数值分析,得到不同开挖深度剪应力增量、水平位移增量、塑性区域、安全系数、损伤参数等参数的变化规律,确定了最不安全部位及其合理的基坑开挖临界深度。(8)建立了红粘土深基坑支护方案的网络层次分析模型,采用Super Decisions超级决策计算软件进行了优化计算和评价,并选择了相对最优支护方案,从而对本文研究结果进行了理论印证和工程应用。