油页岩原位开采的工业发展前景广阔,但其对地下水环境也会产生较大的影响。因此,对ICP原位开采技术中冷冻墙冷冻过程中地下水温度场及流场变化进行研究,探讨其特征及作用机理,并在此基础上提出合理可行的冷冻墙设计方案,可为经济有效防治油页岩原位开采造成地下水环境的影响提供理论依据。本论文在查明油页岩原位开采中冷冻墙技术的基础背景,认识油页岩原位开采技术的原理的基础上,建立了冷冻墙制冷系统与水文地质综合模拟实验平台,对油页岩原位开采冷冻墙技术进行实验及数值模拟研究,分析不同影响因素对温度场及流场的影响规律及机理,并在此基础上提出合理可行的冷冻墙设计方案,研究所得结果如下:（1）通过实验可知,介质为粗砂时形成的冻结壁最厚,温度下降最快,其次为中砂,最后为细砂。在相同介质条件下水力梯度大的流速快,冻结壁厚度扩张慢,且冻结壁薄。不同水力梯度及介质条件下形成的流场共同点为冷冻井上游等水位线向冷冻井排列轴线下凹,冻结壁下游的水位线也凹向冷冻井排列轴线,在不受冻结壁扰流影响后,水流速度大小均一,方向单一。不同水力梯度下冻结范围不同,冻结壁范围越大,水流方向改变越大。（2）对实验模型进行概化,建立油页岩原位开采冷冻墙影响下的地下水流场模型,利用Fluent软件进行求解,分别对不同条件下的实验方案进行模拟,其结果与实验所得结果相似。分析冷冻墙形成的影响因素,模拟不同介质、土体初始温度、地下水流速、水的对流换热系数及冷冻井温度对地下水流场及温度的影响规律。可知介质的导热系数越大,相变潜热越大,土体温度越低,地下水流速越低,水的自然对流换热系数越大,冷冻井温度越低,下游冻结范围及速度为0m/s的区域越大。（3）将实验尺寸数值模型结果应用到试验场地尺寸,对水文地质条件进行概化,建立模型进行求解。提出非干扰区及其面积的测量方法,并通过数值模拟分析冷冻井数量、冷冻井间距、冷冻墙形状、冷冻井温度及地下水流速对非干扰区面积的影响。根据模拟结果可知,冷冻井数目越多,冷冻井间距越大,地下水流速一定范围内越大,非干扰区面积越大。冷冻井排列为直线形状的非干扰区面积最大。非干扰区面积最大时的冷冻井温度为230.15K。（4）根据主要影响因素不同组合的模拟结果,得到冷冻墙最优布设方案使非干扰区面积最大。可知最优值组合为冷冻井数目为11口井,排列形状为直线型,冷冻井间距为2.4m,冷冻井温度230.15K,地下水流速为3×10^-6m/s,数值模型运行结果得到最大非干扰区面积为240.57m²。本论文研究油页岩原位开采中冷冻墙对地下水温度场及流场的影响规律及机理具有重要的学术意义和应用价值。研究对实际生产工作具有重要的指导意义,对油页岩污染地下水等环境问题的预防和治理具有一定的价值。研究成果和数值模拟技术可推广到其它类似地区的科研和生产工作中。