夏明海, 秦子鹏, 曾 霞, 马学良, 卢文辉

(1.伊犁哈萨克自治州奎屯河流域水利工程灌溉管理处，新疆 奎屯 833200; 2.中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000; 3.中国科学院大学，北京 100049；4.新疆玛纳斯河流域管理局，新疆 石河子 832000)

1 研究背景

在中国西北地区，季节性冻土分布广泛。新疆天山以北的大部分地区(以下简称北疆)每年存在5～6个月的季节性冻土[1]。该地区不仅冬季寒冷，且负气温(日最高气温在零度以下)持续时间长(11月中旬至次年3月中上旬，约130 d左右)，昼夜温差大，冰盖和冻土与水工建筑物的作用十分剧烈，水利工程的冰冻害问题十分突出。该地区以农业生产为主，由于干旱少雨，农业发展高度依赖人工灌溉。灌溉用水约占当地总用水量的90%左右，灌溉水源多为高山融雪径流，在平原上筑坝蓄水成为解决该地区农业灌溉的一种有效途径。均质土坝由于筑坝材料丰富、结构简单、施工快、造价低和维修方便等优点在各大灌区得到应用和推广。但这些水库平均坝高较低、坝轴线长、蓄水面积大，筑坝土体多为细颗粒土，易在低温天气受到冰冻危害[2-3]。在冬季期，水库被冰盖所覆盖，土坝迎水护坡面板受静冰压力和土体冻胀力的共同作用，遭受冰冻的破坏较为严重[4-6]。

近年来，针对寒区水库的冰冻害问题已开展了大量研究，积累了不少经验[7-14]，但目前，仍无明确的理论方法指导冰盖与冻土作用下均质土坝面板的设计。尽管已有学者建立了均质土坝混凝土面板冻胀的有限元模型[15-18]，但该方法边界条件复杂，计算过程繁琐，在实践中难以被工程技术人员采用。……