冻胀荷载作用下初始裂纹的形成、扩展导致衬砌结构的断裂是寒区衬砌渠道冻害的主要原因之一。在已有研究基础上，综合考虑地下水水位影响的梯形渠道冻胀力学分析方法及线弹性断裂力学理论，提出高地下水水位梯形渠道冻胀断裂力学分析框架。该模型将衬砌结构表面初始裂纹的失稳扩展及开裂破坏简化为Ⅰ型断裂力学问题，并提出应力强度因子与危险截面位置的计算方法。以塔里木灌区某梯形渠道为原型分析地下水埋深w对衬砌各截面应力强度因子KFⅠ（x）及合理板厚dr的影响规律。结果表明：地下水补给条件对KFⅠ（x）的大小影响显著；当w减小时，KFⅠ（x）呈非线性增大，此时渠道冻害风险也增大，与事实相符。地下水埋深越浅，保证结构安全所需衬砌板的合理厚度dr越大；当地下水埋深为3.0 m时，建议使用的合理板厚为9.0 cm。研究结果可为寒区渠道的抗冻胀设计提供科学依据。

针对东港灌区输水渠道存在冻胀破坏问题，研究提出一种以玻璃纤维为外掺料的泡沫混凝土，并分析不同玻璃纤维掺量混凝土的性能。试验结果显示，当纤维掺量为0.6%时，试块在冻融前的抗压强度为15.15MPa;在冻融循环50次后，试块的抗压强度为14.62MPa。当纤维掺量为0%时，试块在冻融前的抗压强度为11.23MPa;在冻融循环50次后，试块的抗压强度为7.73MPa。研究结果明，泡沫混凝土在防冻胀中有较好表现。

梯形混凝土衬砌渠道在季节性冻土地区均会不同程度发生冻胀破坏。文章针对内蒙古河套灌区典型渠道冻胀受力情况进行分析，通过力学方法对冻胀破坏进行判断，为中国北方季节性冻土地区冻胀研究提供技术依据。

文章以新疆某灌区衬砌渠道为例，在概述渠道冻胀基本情况的基础上，应用瞬态分析和稳态分析两种方法依次展开聚苯板保温机理模拟，并通过ADINA有限元软件构建起分析模型，对灌区3#支渠采用的不同衬砌方案效果进行模拟分析，模拟结果和实际观测结果较为吻合。结果表明，混凝土衬砌渠道铺设聚苯板和聚氨酯保温材料后均可取得显著的保温效果，能有效减弱渠道基础土冻害的发生。随着保温材料厚度的增大，保温效果和抗冻胀效果均有效提升，但聚苯板厚度超出6cm后升幅减缓。综合考虑保温效果、抗冻胀效果和经济性，6cm厚的聚苯板材料略优于4cm厚的聚氨酯材料，故应作为灌区保温抗冻胀的首选。

为克服现有Winkler模型未考虑渠基冻土连续性的不足，引入Pasternak剪切层描述独立土弹簧间的相互作用，进而提出Pasternak冻土地基上梯形渠道冻胀力学分析方法。对基土均匀冻胀且无顶盖板约束的梯形渠道导出接触面法向应力、衬砌板冻胀位移及截面内力分布的解析式。以甘肃省某梯形渠道为例，应用本文模型和Winkler模型计算各衬砌板冻胀位移分布及接触面法向应力分布，并结合观测值进行了对比。结果表明：本文模型计算结果与观测值符合良好，且相比Winkler模型计算结果更接近观测值，能更加准确地反映衬砌冻胀位移分布规律，表明模型合理性。该模型能较好地体现法向冻胀力随衬砌冻胀变形的释放与衰减；法向冻胀力作用于坡板中下部且呈非线性、差异分布；中上部有脱开、翘起趋势而受法向冻结力作用；底板则只受法向冻胀力作用。研究结果可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。

弹性冻土地基梁模型因其能有效地反映冻土-结构间的相互作用与变形协调，在渠道冻胀力学分析中得到广泛应用。在现有模型基础上，考虑衬砌板法向冻胀变形与接触面切向位移的耦合效应，基于Winkler假设构建考虑轴向与弯曲变形耦合的梯形渠道冻土地基模型，并应用微分算子级数法及卡尔达诺公式对耦合方程组进行了求解。相比已有研究，该模型可选取更加灵活且物理意义明确的边界条件，可同时兼顾衬砌两端法向与切向边界。通过引入待定参数克服了前后模型不一致的不足，实现衬砌板法向-切向位移及板间相互作用力的一体化求解。以甘肃靖会总干渠为例计算衬砌各点冻胀位移，并与弹性支承法、有限元法计算结果及观测值进行对比分析，验证了模型的合理性与适用性。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型，对衬砌板法向冻胀位移、接触面切向位移、截面弯矩及上表面应力进行了计算。结果表明，本文模型、非耦合模型及有限元法计算结果的总体变化趋势一致，本文模型计算值较非耦合模型更加接近观测值。对渠底板切向位移的计算表明该模型可有效地体现由于阴、阳坡差异引起的底板接触面切向位移、切向冻结力的非对称分布规律。通过计算渠道坡板上表面应力估算的衬砌板易开裂范围与灌区现...

为探究渠道衬砌与冻土接触面间存在的冻结约束、相对滑动与分离等接触作用对渠道衬砌冻胀破坏的影响,该研究以整体式U型渠道冻胀破坏监测试验为原型,构建了考虑接触和不考虑接触两类渠道冻胀模型,结合现场试验结果评估模型的合理性,并分析衬砌的冻胀变形与受力变化过程。结果表明:相比于不考虑接触模型,考虑接触模型的模拟结果更符合现场试验情况。在边坡处,考虑接触模型的法向应力峰值与试验监测峰值接近,不考虑接触模型的法向应力峰值可达前两者的3.3倍。试验与考虑接触模型的渠底法向应力基本为0,而不考虑接触模型中则存在持续增大的拉应力。现场试验的衬砌-冻土接触面间存在渠底分离与渠坡相对滑动过程,因此需由考虑接触模型模拟分析该过程。在试验与考虑接触模型中,渠底处衬砌与基土由于发生分离而产生空隙,此后悬空衬砌与渠坡基土发生相对滑动,释放了冻胀基土对衬砌的挤压力。考虑接触模型中的相对滑动改变了衬砌应力的发展趋势,由不考虑接触模型的“增力”变为考虑接触模拟的“卸力”。与不考虑接触模型相比,考虑接触模型的衬砌上、下表面正应力峰值分别降低了903%和164%,下表面切向力峰值降低了248%。在渠道冻胀模型中考虑接触作用更...

为解决我国冻土地区骨干渠道衬砌冻胀破坏问题，文章通过对比渠道衬砌下不同厚度聚苯乙烯板对冻胀破坏的影响，对防冻胀研究中各项指标变化进行研究。通过对不同处理条件进行对比分析，结果表明，聚苯乙烯保温板对冻土地区骨干渠道，起到了很好的保温防冻胀作用。不同厚度聚苯乙烯保温板总保温效果达到了245%以上，含水率在19%以上，冻胀量变化范围10.8～37.3mm。研究为冻土地区骨干渠道衬砌防冻胀技术研究提供了数据支持和指导方向。

考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设，提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法及抗裂验算公式.以河北某抛物线形渠道为例，分析衬砌截面轴力、弯矩及应力分布规律.结果表明：轴力自渠顶向渠底中部逐渐增大且均为压力；衬砌板主要在负弯矩作用下凸向内侧，仅在临近渠底时由负变正转而凸向外侧；由于存在拱效应，各截面均以压应力为主，仅渠坡中下部内侧及渠底中部附近外侧出现拉应力从而易导致开裂.分别应用直梁理论和曲梁理论计算衬砌板截面应力并进行对比分析.发现渠底中心附近曲率较大处两者相对误差可达11.78%,且直梁理论的计算结果量值偏小、安全性低，应当基于曲梁理论进行应力分析更加合理.

基于Winkler弹性地基梁理论及有限杆单元的思想，以单块预制板为研究对象构建其挠曲线微分方程并求解；在此基础上，考虑冻土-结构接触界面及预制板间填缝处的协调变形与相互作用，引入端部边界条件及板间连续性条件，同时砂浆填缝处弯矩为零，将多块预制板联系起来，构建预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型。再由切向静力平衡条件导出切向控制方程并求解，最终获得衬砌板各截面法向冻胀位移与切向位移的解析表达式。以新疆北部某梯形渠道为例，对衬砌各截面法向冻胀位移、切向位移、接触面法向应力、切向冻结力及上表面应力进行计算。结果表明：本文模型计算的法向冻胀位移与观测值符合良好，与弹性支承法、杆系有限元法计算结果相比更接近观测值。上表面应力估算的易开裂范围与实地调查结果基本相符，表明了模型的合理性。由于存在不连续断面即砂浆填缝，衬砌板法向冻胀位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定的起伏，出现正负交替现象。顶推力作用下坡板各截面均存在切向位移，且自坡脚向坡顶非线性减小，在坡顶达到最小值。