近年来，随着我国煤炭开采不断向西部、向深井发展，在陕西、甘肃、内蒙古及新疆等西部地区已掀起矿井建设的新高潮。而这些地区煤田覆盖着大量的白垩系地层，其具有富含水、低强度、弱胶结、遇水泥化等特点，冻结法因在含水地层中的支护范围和支护深度上的独特优势，已成为井筒穿越深厚富水基岩最有效的施工方法之一。进行冻结白垩系地层砂岩的物理力学特性研究，可为西部矿井冻结设计和稳定性研究提供基础参数，也对丰富我国岩土力学的基础理论起到积极作用。本文以华能甘肃新庄煤矿风立井冻结工程为背景，对井筒穿越的代表性白垩系富水地层岩石的物理力学特性进行研究。论文首先分析了西部白垩系地层特征、地质构造及水文地质等特性，采用扫描电镜（SEM）观察了白垩系砂岩的微观结构特征，试验研究了砂岩的物理参数及变化，从宏微观角度系统分析了白垩系岩层的特殊性；深入研究了不同含水状态、不同低温条件下两种砂岩的导热系数等热物理性质，探讨了白垩系砂岩热物性的影响因素及规律；对不同低温下白垩系砂岩的单轴强度特性，不同低温、不同围压下的三轴强度特性进行了系统研究，得到冻结白垩系砂岩单轴、三轴抗压强度与温度的关系表达式；全面分析了冻结白垩系砂岩的全应力-应变曲线及轴向、体积应变等变形规律，重点探讨了岩石的弹性模量、泊松比与温度的相关性，最后分析了白垩系砂岩的变形破坏过程和破坏形式。试验结果表明，白垩系砂岩具有含水丰富、孔隙度高、泥质胶结及遇水软（泥）化等特点；不同含水、不同低温下，两种白垩系砂岩的热物性变化差异性较大；饱和岩石的单轴抗压强度随着温度的降低而增大，且粗砂岩的强度总是大于中砂岩；温度越低、围压越大，白垩系砂岩的三轴抗压强度越大；岩石的变形经历了孔隙压密、弹性、塑性变形和应变软化四个阶段；随温度的降低，弹性模量不断增大、泊松比却不断减小，说明冻结岩石的塑性减弱、脆性增强；白垩系砂岩的单轴破坏以张拉破坏的形式为主。