近年来,我国煤炭资源开采逐步向深部发展,井筒需要穿越深厚复杂岩层或富水岩层,解决深厚复杂岩层或富水岩层立井施工安全问题,成为矿井建设技术的关键。特别是我国西部地区多数井筒需要穿越白垩系、侏罗系等含水量大的软岩地层,过去在冲积层中建设单层井壁的冻结设计参数和经验在富水软岩层单层井壁冻结设计中不能适用,因此,研究深厚富水基岩中单层井壁的力学特性具有重要的理论研究价值和工程实际意义。论文以小型岩样试验为基础,以物理模拟试验为主要研究手段,对孔隙岩石相似材料的配制、相似材料岩样的物理力学特性以及及富水基岩中单层井壁的变形规律等开展了研究。系统研究了不同配比下的相似材料岩样物理力学特性;基于相似材料岩样的渗透系数,研究了不同渗透系数的饱和岩样在不同围压下的三轴抗压强度;对富水基岩中单层井壁进行了受力变形规律研究,发现在孔隙水压的加载不同阶段,孔隙水压力对井壁的影响不同。对室内试验制取的不同配比的相似材料岩样,进行孔隙率、渗透系数、单轴压缩。分析了相似材料岩样的破坏过程以及破坏形式,得出了不同配比岩样的孔隙率、渗透系数、单轴压缩强度、弹模随各因素的的变化规律。研究结果表明:(1)本配方所配制岩样能在单轴抗压强度、弹性模量、孔隙率符合砂岩各项物性指标;(2)相较于透水混凝土增强剂用量以及水胶比的大小,不同粒径的石英砂对相似材料孔隙率与渗透系数的影响更大;(3)本试验确定的相似岩样渗透性好,孔隙岩体容易饱和。对不同渗透系数的饱和岩样进行了三轴压缩试验,得出了不同围压下不同渗透系数岩样的三轴抗压强度随围压的变化规律,并根据库伦准则得出了不同渗透系数岩样的粘聚力及摩擦角。经研究发现:(1)因有围压的作用,试验岩样破坏形式仅为单斜面剪切破坏;(2)随着围压的增大,饱和岩样三轴抗压强度也随之增长,相较于单轴压缩,围压使得饱和岩样达到强度峰值点的变形增大,即围压使饱和岩样的塑性增加。在设计的小型模拟试验台上,运用物理模拟试验的方法,对富水基岩中单层井壁的变形规律进行了研究。试验结果表明,在孔隙水压的加载过程中,井壁受力可明显分为2个阶段,井壁与围岩接触面发生剥离前,井壁结构受到的水力荷载处于较低水平,而井壁与围岩接触面剥离后,孔隙水压力的影响迅速增加。围岩与井壁的剥离情况可概括为先局部剥离,后全部剥离。即先粘结力薄弱区域剥离,后剥离区域逐渐向四周扩展直至全部剥离。围岩在孔隙率以及渗透系数表现出整体均匀性,而单轴抗压强度以及弹性模量上围岩底部最大。在测试领域分布式光纤具有测点多,稳定性好、灵敏度以及准确度高的优点。