本文在查询了大量的国内外相关文献的基础上，结合目前我国煤矿深厚表土地层冻结法凿井的实际工程现状，提出了进行深厚表土地层人工多圈管冻结下，冻结壁在形成过程中温度场、水分场和冻结应力场的耦合分析，并在考虑初始冻结应力场和井筒开挖过程的条件下，对深井冻结壁的力学性态进行分析。其成果对我国深厚表土地层人工多圈管冻结法凿井的理论发展与技术进步具有促进作用。 人工多圈管冻结地层过程中的温度场、水分场和冻胀应力场的耦合分析，影响因素多、关系复杂，是一个多场耦合和非线性问题。本文采用理论分析、模型试验、现场量测和数值模拟方法对问题进行了较为全面的研究。并获得如下主要成果：进行了多圈管冻结土体过程的温度场、水分场和冻结应力场的模型试验研究，获得了人工冻结地层的温度场、水分场和冻结应力场之间的关系及其随冻结时间的变化规律。证明了冻结温度梯度是引起水分迁移和形成冻结应力场的根源。 冻土是一种蠕变特性明显的材料，通过冻土三轴蠕变试验，获得了高应力下冻土的蠕变特性。认为冻土服从D-P屈服准则，并采用非线性牛顿体替代西源模型中的线性牛顿体，从而提出了改进的西源模型，并在ADINA软件平台上开发了此模型计算程序。通过比较表明了改进的西源模型，更符合高应力下冻土的蠕变特征。通过研究获得了冻结温度场的形成和发展规律、冻结水分场的迁移和冻胀应力的形成特性，以及耦合作用下三场之间的关系。建立了温度梯度影响下，冻结水分场的迁移模型。对比表明了数值模拟与模型试验有较好的对应关系。并得到了顾北煤矿风井井筒冻结法凿井实测数据的验证。 对顾北煤矿风井进行了深井冻结压力和孔隙水压力的量测，获得了实际工程中的冻结压力和孔隙水压力的变化规律以及与冻结温度的关系；获得了深井多圈管冻结条件下，冻结壁形成性状以及不同区域中冻土的扩展速度和冻结温度的分布特征。提高了对深井冻结及其冻结壁复杂性的认识。 进行了深井冻结壁开挖过程的力学性能计算和分析。比较了考虑初始冻结应力和不考虑冻结应力状况下，冻结壁的力学性能差异，进一步掌握了深井冻结壁的力学特性，对深井冻结壁设计与优化和防止冻结管断裂具有重要的参考意义。