目前城市基坑往大、深方面发展,传统基坑围护方式已不能满足,尝试采用冻土帷幕作为围护结构,但常规的立井厚壁圆筒冻结设计理论运用于深大基坑时,冻结壁的受力情况会和实际情况相差很大,造成冻结壁设计厚度偏大,因此本文提出多圈薄壁筒结构,并对这种结构在开挖过程中的受力变形规律进行研究。首先,采用理论分析在常规的冻土本构关系和冻结壁厚度确定方法的基础上增加对两圈冻土之间未冻土的受力分析,利用位移连续和应力连续条件,得出整个组合结构在外载作用下的受力变形规律。其次,采用数值模拟分析方法分别进行典型参数计算、单因素试验、正交试验和回归正交分析,在典型参数计算中获得组合结构在开挖过程中的瞬时应力变形和施工一段时间后的蠕变变形;在单因素试验中研究冻土厚度、冻土平均温度、未冻土厚度、冻土圈数、开挖段高和暴露时间对开挖过程中组合结构应力场和位移场的影响;在正交试验中得到各因素对内圈暴露段冻土最大蠕变变形的影响性大小;在回归正交分析中采用二次回归的中心组合设计得出内圈暴露段冻土最大蠕变变形与各因素定量的关系。然后,开展物理模拟试验研究,基于相似理论进行模化设计,开展超大直径深基坑冻结模型试验,获得开挖过程中力场和位移场的数据并进行分析。最后,将理论分析、数值模拟和物理模拟试验进行对比分析,分析物理模拟试验误差以及需要改进的地方,对理论分析做出的假设以及参数的选取做出改进,对多圈冻结薄壁组合筒的变形规律做出总结,为今后类似工程的设计提供参考。该论文有图69幅,表34个,参考文献55篇。