中国北方冻土地区的灌区渠道多采用衬砌或者保温措施进行防渗抗冻胀，从而减少输水损失。依据近年来北方冻土地区常用的渠道衬砌形式，从取材和施工的难易程度等角度，对北方高寒地区新疆阿勒泰灌区农十师渠道3种抗冻胀措施的效果进行了研究，分别建立了混凝土、HAS固化剂固化粉煤灰和聚苯乙烯泡沫板(EPS)3种衬砌材料的本构模型。通过ABAQUS温度-应力耦合模拟，分析了3种抗冻胀措施的效果。分析结果表明：3种抗冻胀措施均能有效减少渠道冻胀变形，而HAS固化剂固化粉煤灰和铺设聚苯乙烯泡沫板削减冻胀变形效果更为显著；其中铺设聚苯板措施效果最佳，不仅使混凝土衬砌最大法向冻胀量削减了54%,法向冻胀力削减了74%,切向冻结力削减83%,而且使应力和位移分布更均匀，避免了应力集中现象的发生。3种防冻胀措施的效果为铺设聚苯板>HAS固化粉煤灰>混凝土衬砌。考虑到HAS固化粉煤灰可实现就地取材，从而得出HAS固化剂固化粉煤灰渠道衬砌适用于新疆等寒冷地区的结论。研究成果为寒冷地区渠道抗冻胀设计提供了有效参考。

针对3种衬砌结构形式的防冻胀效果进行对比试验,分析气温、地温、含水量、地下水位等观测数据后,采用土工布+碎石垫层作为衬砌保温防冻胀材料适宜在季节性冻土区灌区渠道上应用。试验结果对季节性冻土区灌区渠道结构防冻胀设计具有参考意义。

衬砌渠道中的冻胀破坏一直是渠道施工及运行管护的重点,尤其在季节性冻土地区冻胀是渠道破坏的主要表现形式。近年来,随着技术的不断发展,衬砌渠道冻胀破坏的防治取得了很大进展。本文分析了渠道冻胀破坏的原因,结合肃州区清水河灌区节水配套改造项目的实施,比较了多种防冻胀措施,并根据实际工程提出了格宾石笼配合复合土工膜防渗衬砌技术,在肃州区清水河灌区渠道衬砌中运用该技术取得了较好的效果,认为该技术方案在季节性冻土区域渠道衬砌中具有典型意义。

渠道衬砌冻胀及损伤问题是季节性冻土区普遍存在的现象,这些问题被认为是热量输送和水分流动过程之间相互作用造成的。本文提出了一种新型的衬砌结构,并在大石桥市某灌区研究了新型及传统衬砌结构对渠道冻胀的影响,并采用组合热量传输和水分流动的二维耦合模型分析了新型和传统渠道衬砌结构的温度变化特征及新型衬砌防冻胀效果,两种渠道衬砌结构不同深度处的温度数值模拟结果与现场实测结果基本一致。现场观测结果表明:新型渠道衬砌结构具有渗漏低、导热系数低、排水速度快、不均匀变形低等特点。因此,在季节性冻土区这种新的渠道衬砌结构可以很好地防止冻胀破坏的发生。

渠道冻胀及其防治问题是我国北方灌区渠道工程中的一个重要问题,文中从渠基土的冻胀性能、地下水位的埋深、渠道衬砌材料和结构及渠道走向等四个方面,较深入地分析了产生渠道冻胀破坏的机理,总结了各地近年来渠道冻胀的研究成果,提出了渠道冻胀防治的各种措施,对渠道防渗防冻胀工程建设具有参考价值,并指出今后应进一步开展研究的若干问题。