为研究渠基土在水分与温度变化下的力学特性与冻胀特性变化特征及在水分与温度变化下衬砌渠道的冻胀响应，本文通过对渠基土进行力学特性与冻胀特性试验，研究了不同水分、不同温度条件下渠基土力学特性和冻胀特性的变化规律。并以此为依据，采用有限元数值模拟，基于水热耦合变化，对渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀响应进行了研究。结果表明：渠基土力学特性与冻胀特性在水热耦合下呈现出复杂性。温度差异小时，水分差异对衬砌渠道冻胀变形影响小。温度差异大时，水热耦合对衬砌渠道冻胀变形影响显著。-2℃、-12℃下，衬砌渠道最大冻胀变形相较渠道底部变形大54%、70%。温度差异越大，不同温度条件下法、切向冻胀力差距越大。-5℃下最大法向、切向冻胀力相较-2℃大175%、173%,-15℃下最大法向、切向冻胀力相较-5℃大408%、200%。水分差异相较温度差异对冻胀作用影响小。在水热耦合下，渠基土冻胀作用分布具有非均匀性特征且衬砌渠道裂缝发展与分布特征具有一定规律性。温度差异越大，不同水热条件下衬砌渠道冻胀应力差距越大。-6℃下最大冻胀应力相较-4℃大57%。-14℃下最大冻胀应力相较-6℃大183%。温度越低，水分越多，对衬...

冰盖糙率是确定渠道冰期输水水位和流量关系的基础参数，一直是明渠冰工程研究的重点之一。鉴于当前大型混凝土渠道冰盖糙率研究成果相当匮乏，以南水北调中线总干渠石家庄以北唯一无输水建筑物的唐河节制闸—放水河节制闸渠段为研究区域，依据全线通水以来唯一生成全渠段封冻冰盖的2016年1—2月逐日水位和流量实测数据，采用伯努利能量方程和谢才-曼宁公式推求渠道糙率，定性定量分析封冻前后渠道糙率变化特征。结果表明：（1）研究渠段畅流期渠道糙率nb为0.016 7,封冻期冰盖综合糙率nc为0.014 6,冰盖下表面糙率ni为0.011 8。（2）由于水力磨蚀作用，封冻期冰盖糙率随时间呈波动减小的趋势。（3）渠道一旦生成封冻冰盖，输水能力大幅降低，仅占渠道设计流量的66.7%。该研究给出了大型混凝土渠道封冻冰盖糙率和输水能力降低的确切数值，以期为冰期输水调度和类似工程设计提供科学依据。

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。

为了研究东北高寒冻土地区灌溉渠道季节性的冻胀问题，通过模拟渠道冻胀试验，分析冻结过程中水和热的迁移规律以及混凝土渠道衬砌中的不均匀冻胀特征。结果表明，渠道开口处和底部的冻结深度基本相同，由于地面温度的重叠效应，渠底土壤含水量最大，冻结过程中产生大的冻胀力。渠道防冻工程中，从工程成本考虑，建议渠道底部保温板厚度小于开口处，坡面保温板厚度小于底部。

渠道输水是跨区域长距离调水最有效的手段，可以将水从水源地输送到缺水地区，满足地区的生态系统需要。但在新疆、西藏等高寒地区，渠道输水在冬季易受冰冻灾害影响，冰盖、冰塞堵塞渠道，减小输水流量，严重影响了过流能力。本文研究出高寒地区冬季渠道输水加热装置，该系统配备发热电缆加热系统，利用电能将电缆加热系统中的发热电缆加热，从而防止渠道中的水结冰，最后通过渠道现场试验，验证装置的可行性。

水-热耦合作用是高寒地区供水渠道劣化失稳的重要因素。以北疆典型供水渠道为研究对象，依据渠道典型断面的监测结果，系统分析供水渠道的温度场和渗流场特征，在此基础上通过数值计算分析湿干冻融耦合循环下供水渠道的水热演化规律，探讨不同运行年份对于渠道水热特性的影响。结果表明：渠基土每年经历了显著的升降温过程以及饱和-非饱和的状态转换，多年来经历了干湿交替、冻融循环的耦合作用过程，其水热问题往往呈现湿干冻融耦合循环的特点。在运行过程中，渠道的水分场、温度场发生显著变化，但这一变化在模型渠道运行3年后已趋于稳定，浅层基土饱和度的增长是造成模型渠道冻胀融沉的主要原因。研究成果可为高寒地区长距离调水工程建设及运维提供科学依据。

在寒冷地区的渠道防冻胀工程中，采用创新材料和施工方法是渠道抗冻胀工程的重要研究方向。文章重点对寒冷地区渠道防冻胀泡沫轻质混凝土的应用进行了讨论。根据现场测试结果，得出以下结论：泡沫轻质混凝土隔热功效、强度及价格优势均较好，25～30 cm厚度的泡沫轻质混凝土保温层能够起到同6 cm厚度的聚苯乙烯保温板一样的防冻胀作用，能够在高寒地区渠道防冻胀设计建设中使用。

某高寒地区长距离供水渠道工程沿线分布膨胀土，保证渠道边坡稳定是工程正常运行的前提保障。以该工程为例，以实测统计资料为基础，分析总结了工程改造运行的情况，建立了自由水水位—渠道水位—抽排作业的关系，并计算分析了膨胀土劣化趋势及渠坡稳定性，提出了渠道换填的设计原则，以期为类似工程设计及运行管理提供借鉴。

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...

渠道渗漏不仅影响灌溉效率,而且还会抬高地下水位,使渠道附近的洼地形成沼泽。根据国内外研究情况,渠道冻胀会导致衬砌出现较大位移,进而引发渠道渗漏。从冻土的非线性角度出发,首先分析了冻土的物理性质,重点研究了衬砌渠道的冻胀机理,分析了冻胀破坏特征和常见的冻胀破坏形式。针对冻胀破坏机理,提出渠道防冻措施,希望为今后的渠道防冻研究提供指导。