针对西北地区输水明渠易发生冻胀破坏的问题,依据热传导和水分迁移理论建立冻结期渠基土温度场,以分析渠道内过水对温度场分布的影响为目标,以新疆玛纳斯河四级水电站引水渠为典型案例,应用有限元软件进行温度场的模拟,并将结果与相关文献中的数据及破坏类型进行比对,验证模拟的合理性。结果表明:渠道内是否过水对渠道的温度场有显著的影响,主要是其温度场的分层发生变化且其温度线也出现了强烈波动。经实地观察发现,输水明渠渠基土体易产生较大的冻胀变形导致衬砌板胀裂、隆起及滑塌等破坏十分严重的位置与模拟中温度场发生变化的位置基本一致,且满足误差要求。用冻结期渠基土温度场变化来预测输水明渠发生冻胀破坏的准确位置具有很大的参考价值。
我国多年冻土和冬季冻土面积占国土面积的75%,其中冻结深度大于0.5m的地区约占全国总面积的一半。北方季节冻土区大多干旱缺水,修建跨流域调水工程是必然选择。我国已建和在建的跨流域调水工程绝大多数采用明渠输水方式,输水渠道是跨流域调水工程的重要组成部分,合理选择渠道衬砌型式,确保输水明渠边坡稳定,既是工程建设期决定投资的重要因素,更是制约工程建成后运行安全、工程维修养护费用的关键因素。首次将渠基划分为主冻胀区和副冻胀区,从季节冻土区明渠衬砌的工程实践方面探讨了构建季节冻土区柔性护坡的衬砌体系。