温 彤，王红雨

0 引言

混凝土衬砌是输水渠道普遍采用的防渗措施，也是提高农田灌溉用水效率的有效途径，然而，在我国北方高寒地区，冬季混凝土衬砌板因渠道基土冻胀而产生裂缝、断裂，甚至隆起破坏的现象较为普遍，水资源浪费严重，持续制约着灌区农业发展。文献资料显示，宁夏引黄灌区受干湿冻融交替等因素影响，渠系建筑物破损率达40%以上,农渠输水损失在50%左右[1]。渠道冻害防治已成为国内外学者长期探索的热点课题之一[2]。

针对渠道冻胀破坏问题，吴颖等[3]研究表明柔性渠道结构的抗冻胀效果优于混凝土渠道结构。张茹等[4]研究表明与各向同性模拟结果相比，横观各向同性模拟结果与实测成果更加吻合，从而验证了数值模型是合理的。高靖等[5]研究表明混凝土衬砌板的厚度或者倾角越大，冻胀不均匀性越小。

本文结合小型渠道衬砌结构原型试验，考虑渠道同一横剖面上阴坡和阳坡冻胀变形特征，提出了整体式小U形混凝土衬砌渠道冻胀数值计算模型，通过对试验段混凝土衬砌结构的温度、应变和应力模拟分析，结果与观测结果基本吻合。以期为高寒地区混凝土衬砌渠道抗冻胀设计提供参考依据。

1 基本假定及理论

1.1 基本假定

参考相关文献，结合宁夏引黄灌区小型渠道衬砌结构原型观测试验情况，对整体式小U形渠道混凝土衬砌结构在温度作用下的受力与变形模拟分析做以下基本假定：

1）将混凝土衬砌板看作各向同性线弹性材料，渠道基础冻土看作横观各向同性线弹性材料；……