为满足国民经济发展对地下空间的需求,未来将出现大规模的深大基坑建设工程,特别是表土层中的大直径深基坑开挖时需要采用冻结加固的方法来改良开挖范围周围的地层。目前国内外对于冻结壁的研究开始较早,取得众多的研究成果,但主要集中在煤矿建井工程中。市政工程中基坑直径较大,如果按照煤矿建井工程中冻结壁设计理论,需要连续较厚的冻结壁,这在建构筑物密集的城市建设中实现较为困难。拟采用多圈组合筒冻结壁结构来优化冻结设计,即冻结壁结构中含有成圈未冻土,来满足工程建设的要求,同时满足经济合理和环境控制等需求。相对于连续厚冻结壁结构,多圈组合筒冻结壁结构的强度和稳定性是亟待研究解决的理论与技术问题。本文采用理论分析、数值模拟、大型物理模拟试验等综合研究手段,开展超大直径深基坑多圈组合筒冻结壁力学特性研究,研究内容考虑超大直径深基坑的工程条件和多圈组合筒冻结壁工程特点,获得多圈冻结形成的超大直径深基坑冻结壁的力学特性。论文构建平面应变模型下,圆形孔洞周边冻结过程产生的冻胀力理论计算模型,提出冻结圈位移不动点可变模型,通过迭代计算实现冻结壁冻胀渐进形成过程。获得了冻结壁冻胀与开挖引起的应力和位移的变化规律,为多圈组合筒冻结壁设计提供了科学依据。利用ANSYS有限元分析软件的温度-应力场顺序耦合的计算功能,建立冻结土夹未冻土平面应变模型及轴对称竖向开挖模型,研究多圈组合筒冻结壁受力规律。文中分别开展单圈、两圈、三圈组合筒冻结壁的力学特征研究,并探讨组合筒冻结壁几何特征对冻结壁的应力和变形的影响规律。自行研制多圈组合筒冻结壁模拟试验系统,该系统可以模拟多圈组合筒冻结壁的温度场和冻结壁整体变形规律以及开挖后冻结壁应力规律。模拟试验按照冻结工程施工力学特点,土体固结—围压冻结—开挖支护等过程进行。研究获得的超大直径深基坑多圈冻结壁的温度场分布特征及冻结壁力学影响规律,可以为超大直径深基坑工程的施工提供理论依据,具有一定的理论和工程实际意义,课题研究具有重要的经济价值和社会价值。该论文有图106幅,表43个,参考文献123篇。