在城市基坑日渐趋于“深大近”的大环境下,浅层基坑常用的围护结构方式将面临着极大的挑战。基于冻结法技术在煤矿深井建设的大规模应用,考虑将冻结法技术引入市政深大基坑围护结构的建设中来,提出“超大直径深基坑多圈冻结薄壁组合筒应用设计构想”。冻结法应用中冻胀融沉问题也是各学者关注的热点问题,所以有必要对多圈管冻结所形成的多圈薄壁筒式组合冻土帷幕结构的冻胀变形进行研究。而冻胀变形是温度场、水分场、应力场三场相互作用的结果,研究分析中就必须考虑温度、水分、应力三场耦合作用,因此,基于水-热-力耦合理论,对该结构的冻胀变形进行分析。首先,总结前人理论基础上,借鉴和推导得到温度场、水分场、应力场的基本方程,考虑三场相互作用引起的热物理参数、水力特征参数、力学参数等动态变化,对方程耦合参数的取值进行了说明,通过引入“固液比”概念,建立水-热全耦合方程;考虑冰水相变和水分迁移所引起的体积膨胀,基于水热全耦合计算得到的水分和冰含量,推导得到土体冻胀体积应变公式,实现水-热-力三场的顺序耦合,建立起水-热-力三场耦合方程。其次,运用Comsol软件进行数值计算。基于水-热-力三场耦合方程,利用Comsol软件中的PDE模块进行水-热-力耦合方程的二次开发,实现水-热全耦合和水热结果与力单向耦合,首先进行典型参数计算,得到所取典型参数下的温度场、水分场、应力位移场的结果;然后开展单因素试验计算,研究初始含水量、初始地温、冻结管圈数、冻结管排距、冻结管间距等五个因素下的冻胀变形;最后通过正交试验分析所取因素对多圈组合冻土帷幕结构的冻胀变形影响大小。然后,进行室内物理模型试验。基于相似理论思想将工程实际问题模化,在室内进行原型的缩小试验,获取多圈管冻结形成组合筒式冻土帷幕结构过程中的温度、应力、位移数据并进行分析。最后,对比分析数值计算结果与物理模拟试验结果,相互验证两种手段下结果规律一致性,从而说明数值计算中应用模型的正确性,为后续研究以及工程实际提供指导和参考。该论文有图59幅,表13个,参考文献98篇。