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。
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。
寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致，针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型，以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象，考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响，但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀，且模型分析与实测结果相符，表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。
寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致，针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型，以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象，考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响，但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀，且模型分析与实测结果相符，表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。
寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致，针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型，以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象，考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响，但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀，且模型分析与实测结果相符，表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。
为了探究冻胀堆砌结构的影响规律,以梯形截面为例,采用室内试验方法,对东港市土壤改良试点的灌溉与排水工程冻土区刚柔混合衬砌梯形渠道的冻胀机理进行系统分析。结果表明,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温变化趋势与气温变化趋势相同。即当气温下降或上升时,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温也随之下降或上升。随着最低地温的升高,冻胀力逐渐减小,最后稳定在一个负值,这是由于最低温度升高导致渠基土壤融化下沉所致。深度60 cm处是土壤水分最高的地方,也是土壤冻结锋面所在,这使得渠底和阴坡受到较大的冻胀作用。复合土工膜在经历一次冻融循环后的性能损失较小,不会对工程的安全造成影响。
为了探究冻胀堆砌结构的影响规律,以梯形截面为例,采用室内试验方法,对东港市土壤改良试点的灌溉与排水工程冻土区刚柔混合衬砌梯形渠道的冻胀机理进行系统分析。结果表明,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温变化趋势与气温变化趋势相同。即当气温下降或上升时,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温也随之下降或上升。随着最低地温的升高,冻胀力逐渐减小,最后稳定在一个负值,这是由于最低温度升高导致渠基土壤融化下沉所致。深度60 cm处是土壤水分最高的地方,也是土壤冻结锋面所在,这使得渠底和阴坡受到较大的冻胀作用。复合土工膜在经历一次冻融循环后的性能损失较小,不会对工程的安全造成影响。
为了探究冻胀堆砌结构的影响规律,以梯形截面为例,采用室内试验方法,对东港市土壤改良试点的灌溉与排水工程冻土区刚柔混合衬砌梯形渠道的冻胀机理进行系统分析。结果表明,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温变化趋势与气温变化趋势相同。即当气温下降或上升时,刚柔混合衬砌渠道各部位的最低地温也随之下降或上升。随着最低地温的升高,冻胀力逐渐减小,最后稳定在一个负值,这是由于最低温度升高导致渠基土壤融化下沉所致。深度60 cm处是土壤水分最高的地方,也是土壤冻结锋面所在,这使得渠底和阴坡受到较大的冻胀作用。复合土工膜在经历一次冻融循环后的性能损失较小,不会对工程的安全造成影响。
为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构，基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型，结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间，以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件，以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数，建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计，得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数，供工程设计参考。研究结果表明：双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例，优化后的断面实佳比为1.02，较原设计值增大1.8%；最大法向冻胀量为2.52 cm，较原设计值增大20.0%；最大拉应力为0.95 MPa，较原设计值减小60.4%；衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa，较原设计值增大42.3%，水力性能及抗冻胀性能均达到最优。