深厚冲积层冻结法凿井多采用多圈孔冻结方式,在冻结壁形成过程中伴随着冻胀效应,明显改变了原始应力状态,产生原始冻胀力;在井筒开挖卸载后,导致冻结壁向内变形。当冻结壁的应力变形达到较大时,对冻结壁稳定性和冻结管安全性产生不利影响。为此,本文以丁集煤矿第二副井冻结法凿井工程为背景,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对深厚冲积层在原始冻胀和开挖卸载条件下的冻结壁应力变形特性开展研究。首先,通过丁集煤矿第二副井井筒检查孔选取435m深处钙质粘土试样,进行冻土单轴蠕变试验,结果表明蠕变变形分为减速蠕变和稳定蠕变两个阶段。选择Burgers蠕变模型,对试验结果进行参数辨识,并将其结果导入FLAC3D进行蠕变数值模拟计算,结果呈示模拟计算和试验结果有较高的一致性,说明Burgers蠕变模型可以较好地描述丁集二副井435m深处钙质粘土的蠕变特性。同时,对蠕变参数进行了敏感性分析,得到了不同参数对冻土蠕变发展趋势的影响规律。其次,基于共同作用原理,考虑多圈孔冻结壁的原始冻胀和开挖卸载效应,推导出原始冻胀力的解析解,以及冻结壁形成后和开挖卸载后的应力场、位移场。考虑到冻结壁的流变特性,选用Burgers蠕变模型,进行了开挖后的冻结壁蠕变特性分析。通过对深厚粘土层与砂层交界面处冻胀变形计算,结果表明二者相差较大,揭示了冻结工程中该处极易发生冻结管破损的机理。然后,基于FLAC3D有限差分数值计算软件,对深厚冲积层考虑原始冻胀和开挖卸载的冻结壁应力变形进行了热力耦合数值模拟分析。结果表明,在冻结壁形成过程中,温度场模拟结果与现场实测温度较为吻合;冻结壁形成后,内圈孔内侧、中圈孔与外圈孔之间以及外圈孔外侧应力增长较为明显,特别是内圈孔位置径向应力增加较大。同时,内侧未冻土以及少部分内侧冻结壁向井筒中心处位移,而外侧冻结壁基本向井筒中心外位移;井筒开挖卸载,冻结壁产生变形,应力得到释放,随后冻结壁发生蠕变变形,表现出开挖段高内井帮的中上部位移较大,在24h井帮最大蠕变量达58mm,这是深厚粘土层冻结壁失稳和冻结管破损的主要原因。图85表7参96