土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。

土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。

土壤的冻胀过程是非线性的，同时衬砌结构的受力变形也是非线性的。在冻胀力作用下，渠道的结构会发生非线性变形，包括弯曲、剪切和扭转等，在寒冷地区的渠道中尤为突出。因此，需要准确地模拟和分析冻胀过程。在此背景下，进行弹性地基双层梁理论下寒冷地区衬砌渠道冻胀力学模型研究。该研究对问题进行了合理简化和抽象，以便更好地建立数学模型，设置了基本假设。采用弹性地基双层梁理论的思路，可以将衬砌渠道简化为一个弹性双层梁结构并建立3个力学方程，即挠度方程、弯矩方程、剪力方程，以描述双层梁结构的变形。在边界条件下，利用有限元分析求解方程，根据求解结果完成寒冷地区衬砌渠道冻胀力学分析。实验结果表明：U型衬砌渠道的冻胀破坏多发生在两侧，且随着冻胀量的增加，衬砌渠道的挠度、弯矩逐渐增加，剪力逐渐下降，但当冻胀量增加到一定程度时，挠度、弯矩和剪力急剧下降。

冻土-结构物界面力学行为是工程设计的重要依据，界面的力学性能受应力状态的影响。为了探究三维应力对界面力学特性的影响，开展-5℃下不同围压、粗糙度和含水率的冻土-钢三轴剪切试验，分析冻土-钢界面力学特性和抗剪强度参数指标；设计不同因素的正交试验，对各因素进行显著性分析。结果表明：含水率和粗糙度对界面抗剪强度的影响均呈先增后减的趋势，围压与界面抗剪强度呈正相关；含水率低于最优含水率时，应力-应变曲线为强应变软化型，高于最优含水率时，应力-应变曲线为弱应变软化型；冻土-钢界面抗剪强度影响因素由强到弱依次为：含水率、温度、粗糙度和围压。基于损伤力学模型，给出了考虑围压、粗糙度和含水率影响的冻土-钢界面损伤力学模型，该模型可以较好描述峰值强度前的剪应力-位移关系。研究结果可为明晰冻土与结构物界面的极限承载力提供参考。

冻土-结构物界面力学行为是工程设计的重要依据，界面的力学性能受应力状态的影响。为了探究三维应力对界面力学特性的影响，开展-5℃下不同围压、粗糙度和含水率的冻土-钢三轴剪切试验，分析冻土-钢界面力学特性和抗剪强度参数指标；设计不同因素的正交试验，对各因素进行显著性分析。结果表明：含水率和粗糙度对界面抗剪强度的影响均呈先增后减的趋势，围压与界面抗剪强度呈正相关；含水率低于最优含水率时，应力-应变曲线为强应变软化型，高于最优含水率时，应力-应变曲线为弱应变软化型；冻土-钢界面抗剪强度影响因素由强到弱依次为：含水率、温度、粗糙度和围压。基于损伤力学模型，给出了考虑围压、粗糙度和含水率影响的冻土-钢界面损伤力学模型，该模型可以较好描述峰值强度前的剪应力-位移关系。研究结果可为明晰冻土与结构物界面的极限承载力提供参考。

冻土-结构物界面力学行为是工程设计的重要依据，界面的力学性能受应力状态的影响。为了探究三维应力对界面力学特性的影响，开展-5℃下不同围压、粗糙度和含水率的冻土-钢三轴剪切试验，分析冻土-钢界面力学特性和抗剪强度参数指标；设计不同因素的正交试验，对各因素进行显著性分析。结果表明：含水率和粗糙度对界面抗剪强度的影响均呈先增后减的趋势，围压与界面抗剪强度呈正相关；含水率低于最优含水率时，应力-应变曲线为强应变软化型，高于最优含水率时，应力-应变曲线为弱应变软化型；冻土-钢界面抗剪强度影响因素由强到弱依次为：含水率、温度、粗糙度和围压。基于损伤力学模型，给出了考虑围压、粗糙度和含水率影响的冻土-钢界面损伤力学模型，该模型可以较好描述峰值强度前的剪应力-位移关系。研究结果可为明晰冻土与结构物界面的极限承载力提供参考。

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。

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。

地下水浅埋或窄深式衬砌渠道，渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大，容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害，而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用，建立了考虑冻拔的渠道冻胀工程力学模型。以冻胀敏感土质为例，应用渠道水–热–力三场耦合数值模拟，研究不同渠坡倾角、不同宽深比、不同地下水位条件下冻胀情况，以探明渠道衬砌冻拔机理，明确冻拔产生时竖向与法向冻胀分布规律。提出了冻拔破坏发生的临界坡长、临界地下水位、冻拔危险位置计算方法，同时给出了冻拔状态下渠道衬砌板内力、渠坡抗冻拔强度等计算方法。结果表明：衬砌冻拔最大拉应力与冻深和渠坡倾角正相关，与地下水位负相关。经数值模型验证，最大拉应力误差为1.5%，冻拔位置误差在16.01%以内。宁夏灌区土质条件下，冻结线半径函数斜率范围为1.047～4.040。模型解释了小型渠道易整体冻拔上抬及宽浅式渠道抗冻拔优越的原因，可以对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量分析，为工程设计、规范修订提供参考。

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。