进入21世纪以来,随着我国中东部浅层煤炭资源的枯竭,煤炭开发深度多达800m以深,新建矿井具有井型大、穿越冲积地层深厚(450m及以下)等特点。冻结压力是冻结法凿井的重要设计参数,决定冻结壁和井壁结构设计是否科学合理,事关施工安全。由于国内、外对450m以下深厚冲积层立井冻结压力研究较少,现行设计规范已无法满足冻结法凿井设计与施工要求,亟待研究解决。本文以我国黄淮地区新建煤矿深立井为工程背景,采用理论、试验和现场实测及数值模拟相结合的研究方法,系统研究影响深厚冲积层冻结法凿井的冻结压力诸多因素,探讨深埋人工冻土本构关系,推导冻结压力计算公式。将数值分析、理论分析与现场实测结果分析相互验证,揭示深井冻结压力分布规律。首先,对取自深立井工程的土体进行常规土工、冻土热物理参数、冻土物理力学性能试验,分析土体各参数变化规律,揭示冻土物理力学特性。研究表明：冻土的导热系数随温度降低而增大,而比热反之；粘土试样冻胀率范围在1-5%之间,并且随着冻结时间的增加,分别经历急剧增长、缓慢增长和相对稳定阶段；深埋冻土与浅埋冻土的不同之处在于深埋冻土存在蠕变的加速阶段等。其次,基于冻土蠕变试验结果,选择能较好地反映深埋冻土加速蠕变阶段的改进的西原模型来表征深部冻土粘弹塑性流变特性。利用用户子程序UMAT实现ABAQUS软件的二次开发,把改进西原模型补充进ABAQUS软件的材料模型以适应深土冻结过程的模拟,所编制的子程序得到三轴压缩试验的验证。对蠕变参数进行了敏感性分析,结果表明冻土的蠕变发展与偏差应力、粘弹性粘滞系数和粘塑性粘滞系数有密切关系。基于ABAQUS软件的二次开发对深井冻结法凿井过程进行模拟,揭示土体冻结过程中冻胀应力及外井壁冻结压力发展变化规律。数值计算表明,土体冻结产生冻胀应力使冻结壁内应力远远大于初始地应力。冻结压力值随土体埋深、土体冻胀率的增加而增大,降低冻结壁温度则有利于冻结壁的稳定。依据周围土体、冻结壁、井壁相互作用机理,运用粘弹塑性理论分析得到考虑冻胀效应的冻结压力解析解。理论计算公式能较好描述冻结压力的增长规律,并且得到的冻结压力与各影响因素之间的关系与数值计算结果一致,同时得到了冻结壁应力场的时空分布规律。最后,针对不同土性分析研究实测冻结压力变化规律,运用灰色理论量化冻结压力影响因素的影响,在无量纲化基础上建立冻结压力数学模型,回归出冻结压力和时间、土体埋深、冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度及冻融半径的关系式。将经验公式、数值计算和理论公式的计算结果与实测结果进行分析比较,验证了理论公式、数值模拟结果和经验公式的合理性,可为类似深井外井壁设计提供参考。