我国境域内的冻土分布极为广泛,其中季节性冻土约占国土面积的53.5%,这些地区地铁站、高层建筑的基坑工程工期较长,不可避免地出现了裸露基坑还未施作主体结构便进入了冬歇期的现象。而越冬期间基坑土体的冻胀所导致的支护结构稳定性问题日益突出,所以亟需研究越冬深基坑的冻胀机理以及支护结构的变形规律,从而为基坑安全越冬提供依据。本文基于哈尔滨地铁3号线某车站深基坑工程实例,运用理论分析、数值模拟以及现场监测的方法,在微观层面和宏观层面对土体的冻胀机理和深基坑的越冬过程进行了研究,二者的联系在于冻胀模型的微观建立和宏观运用。本文的主要研究内容如下:(1)微观层面,从土体冻胀的机理出发,推导了冻土中的温度场控制方程和水分场控制方程,建立了冻土的水、热耦合模型方程,利用COMSOL实现了耦合方程的求解,并以相关实例为基础分析了土体冻结过程中温度和水分的分布变化。(2)设计了一系列数值模拟试验,得到了土体冻结完成后的含冰量以及总含水量变化,推导了开放体系下土体冻胀系数与温度的变化关系,并将其拟合成相关函数。(3)在宏观层面,利用通用有限元分析软件ABAQUS建立了有效的三维数值计算模型,模拟了深基坑的开挖过程,分析了内支撑轴力的变化以及开挖完成后桩身结构的侧移,并与监测结果对比,验证了模型的合理性。建立了土体越冬前的初始温度场、地表温度模型,利用土体冻胀系数与温度的函数关系,实现了基坑越冬的全过程模拟,分析了基坑支护结构冻胀变形的原因,并提出了几种基坑越冬的有效防护措施。本文所建立的冻胀模型及基坑越冬仿真分析方法不仅可以为实际工程提供参考,还为以后解决类似问题奠定了基础,具有一定的科学价值。