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。
针对开放系统下的寒区梯形渠道，考虑衬砌各点地下水补给条件的横向差异提出非线性分布法向冻胀力的计算方法，通过引入冻土与衬砌接触界面切向相互作用的Winkler假设导出非线性分布切向冻结力的计算方法，进而构建接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型。以塔里木灌区某梯形渠道为例，分析了不同地下水埋深w对各截面弯矩的影响规律。结果表明：地下水埋深越浅，则衬砌板截面弯矩分布的不均匀性越强，最大弯矩的量值迅速呈非线性增大，坡板危险截面位置约在距坡脚30%～42%坡板长处，底板危险截面在渠底中部附近，与调查结果相符。同时分析了顶盖板约束下不同接触面切向刚度（kp）对各截面切向位移及切向冻结力分布的影响规律。结果表明：切向位移及切向冻结力均自坡顶向坡脚处逐渐增大，在坡顶处为零，在坡脚处达到最大值。kp较小时，截面切向位移及切向冻结力趋于线性分布；随着kp的增大，两者逐渐偏离线性分布，且kp越大两者非线性分布越明显。研究结果可为寒区梯形衬砌渠道抗冻设计提供参考。
针对开放系统下的寒区梯形渠道，考虑衬砌各点地下水补给条件的横向差异提出非线性分布法向冻胀力的计算方法，通过引入冻土与衬砌接触界面切向相互作用的Winkler假设导出非线性分布切向冻结力的计算方法，进而构建接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型。以塔里木灌区某梯形渠道为例，分析了不同地下水埋深w对各截面弯矩的影响规律。结果表明：地下水埋深越浅，则衬砌板截面弯矩分布的不均匀性越强，最大弯矩的量值迅速呈非线性增大，坡板危险截面位置约在距坡脚30%～42%坡板长处，底板危险截面在渠底中部附近，与调查结果相符。同时分析了顶盖板约束下不同接触面切向刚度（kp）对各截面切向位移及切向冻结力分布的影响规律。结果表明：切向位移及切向冻结力均自坡顶向坡脚处逐渐增大，在坡顶处为零，在坡脚处达到最大值。kp较小时，截面切向位移及切向冻结力趋于线性分布；随着kp的增大，两者逐渐偏离线性分布，且kp越大两者非线性分布越明显。研究结果可为寒区梯形衬砌渠道抗冻设计提供参考。
针对开放系统下的寒区梯形渠道，考虑衬砌各点地下水补给条件的横向差异提出非线性分布法向冻胀力的计算方法，通过引入冻土与衬砌接触界面切向相互作用的Winkler假设导出非线性分布切向冻结力的计算方法，进而构建接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型。以塔里木灌区某梯形渠道为例，分析了不同地下水埋深w对各截面弯矩的影响规律。结果表明：地下水埋深越浅，则衬砌板截面弯矩分布的不均匀性越强，最大弯矩的量值迅速呈非线性增大，坡板危险截面位置约在距坡脚30%～42%坡板长处，底板危险截面在渠底中部附近，与调查结果相符。同时分析了顶盖板约束下不同接触面切向刚度（kp）对各截面切向位移及切向冻结力分布的影响规律。结果表明：切向位移及切向冻结力均自坡顶向坡脚处逐渐增大，在坡顶处为零，在坡脚处达到最大值。kp较小时，截面切向位移及切向冻结力趋于线性分布；随着kp的增大，两者逐渐偏离线性分布，且kp越大两者非线性分布越明显。研究结果可为寒区梯形衬砌渠道抗冻设计提供参考。