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本文针对宁夏引黄灌区斗农渠冻害问题,以青铜峡市大坝镇蒋南村装配式U型混凝土渠道和宁夏大学北校区装配式U型混凝土渠道野外冻胀观测场为基地,在自动数据采集系统定时采集渠道不同部位的冻胀量、冻胀力和温度的基础上,系统地对装配式U型混凝土渠道冻胀破坏的有限元模型及其数值模拟进行了较为系统的研究,为灌区节水技术改造提供了理论依据。其研究结果如下：(1)通过野外模拟渠道冻胀观测试验得出,12月下旬至1月中旬,渠道基土冻胀量较大。观测期间,阳坡直段,阳坡弧段,阴坡直段,阴坡弧段渠道基土的最大冻胀量分别为1.95mm,1.35mm,2.39mm,1.48mm,且阴、阳坡同一观测部位,阳坡冻胀率先达到峰值。一天当中,渠道基土温度的变化对阴、阳不同部位所受冻胀力影响不一,渠坡直段既受压应力又受拉应力的交替作用,圆弧段主要承受较大的拉应力；观测期内,阳坡弧段的最大拉应力为14.2KPa,最大压应力为0.3KPa；阳坡直段的最大拉应力为9KPa,最大压应力为7KPa；阴坡弧段的最大拉应力为40.8 KPa,最大压应力为5.4 KPa;阴坡直段的最大拉应力为7.2 KPa,最大压应力为9.3 KPa。(2)通过不同结构U型混凝土渠道数值模拟计算得出,衬砌冻胀变位随U衬砌板倾角0-34度或厚度4-10cm的增大在减小,峰值出现在阴、阳坡直线段与圆弧段衔接处,且阴坡最大,阳坡次之,渠底最小。厚度在4-10cm范围内的同一倾角的U型衬砌板,圆弧段的冻胀变位幅度较小,几乎不随厚度的变化而变化；应力峰值出现在阴、阳坡直线段与圆弧段衔接处以及渠底,且阴坡峰值>阳坡峰值>渠底峰值；在0度～8度范围内衬砌的冻胀不均匀性的变化梯度较大,倾角的增大对衬砌冻胀不均匀性影响显著,当倾角在22-34度范围内时,对抵抗冻胀效果影响不明显,当倾角为8度-22度,倾角的增大对冻胀不均匀性影响适中,实际工程中以选择15度-22度为宜。(3)通过U型混凝土渠道热力耦合计算得出,未冻土层,随土层深度的增大,温度越趋近于一条平行的直线,几乎不受边界温度的影响；模拟测得阴坡坡顶、阴坡直段与圆弧段衔接处、渠底、阳坡直段与圆弧段衔接处、阳坡渠顶最大法向冻深分别为25.5cm,19.8 cm,13.1cm,12.2 cm,13.8 cm,与实测冻深接近,最大实际误差为6.4%：阴坡整体冻胀量大于阳坡,阴坡渠道基土冻胀量最大值为15.64mm,阳坡冻胀量最大值为7.0mm,圆弧段冻胀量相对较小(1.99mm～3.58mm)；弧段法向冻胀力表现形式为外拉内压,衬砌外侧法向冻胀力最大值为13.7MPa,衬砌内侧法向冻胀力最大值为38.9MPa,峰值均出现在渠底。弧段的切向冻结力较小,渠底为0,峰值出现在阴坡直段与弧段衔接处,值为19.3MPa。