为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明:衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%～23.3%坡板长处,与工程实际相符。该研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。

为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明:衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%～23.3%坡板长处,与工程实际相符。该研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用，且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处，在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用，引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用，构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形，并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明：与材料力学法、Winkler模型相比，该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符，表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明：kx越小时，切向位移与切向冻结力趋于线性分布；kx较大时，两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显，线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征，从而有效提高模型的计算精度。

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用，且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处，在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用，引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用，构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形，并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明：与材料力学法、Winkler模型相比，该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符，表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明：kx越小时，切向位移与切向冻结力趋于线性分布；kx较大时，两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显，线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征，从而有效提高模型的计算精度。