郭 婧，周 峰，郭 浩

0 引言

中国长江以北的农业灌区大都采用材质为混凝土的渠道来进行引流灌溉，采用这种刚性衬砌结构形式可以有效地减少渠系在输水工程中的渗漏以提高输水效率[1]。但随着冬季气温的降低，土体孔隙中的自由水在结冰的过程中，会发生一定的体积膨胀，产生向外的作用力，引起土体冻结膨胀，产生冻胀力和冻结力[1,2]。在上述两种力与衬砌板的自重及板与板之间的相互约束力的共同作用下，会发生板面开裂、鼓胀、滑塌等破坏形式。对于渠道衬砌底板，其发生的破坏一般是沿着渠道的轴线方向，特别是对于底部较宽或渠坡较长的渠道，在渠底中部或是1/3坡长处，较易产生冻胀裂缝。因此可以在渠道混凝土衬砌施工时，采用提前设置若干条纵缝的方法[1]以将这种不均匀冻胀变形释放掉，这也是一种削减冻胀破坏的简单而有效的工程技术措施。

为了寻求不同深度的纵缝对衬砌渠道冻胀量削减效果的影响，为今后在解决渠道冻胀问题上提供较为简单的结构优化设计，本文在相关文献提出的理论分析基础之上，利用有限元分析软件ANSYS，将冻土和衬砌板视作整体，在“U”型刚性衬砌渠道的不同位置上设置了若干条不同深度的纵缝，然后分别对其各自的冻胀过程进行了相应的数值模拟，并通过比较分析其各自对应的温度场和位移场，得出纵缝在不同深度的情况下对渠道冻胀量的影响规律。

1 有限元分……

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