我国北方地区水资源短缺,随着经济发展,水资源供需矛盾日益成为农田水利工程中的一大难题,特别是在季节性冻土地区,渠道衬砌在土体冻融环境影响下容易发生开裂、坍塌等破坏现象,严重影响了渠系工程的安全运行,因此对季冻区渠道衬砌的冻胀破坏研究具有十分重要意义。本文主要研究两种新型渠道(矩型渠和L型渠)防冻胀措施。首先通过对矩型渠进行室内低温模型试验、有限元数值模拟,完成相应结构的保温措施的分析;在此基础上开展基于数值模拟分析的L型渠相关问题的研究。主要研究内容如下:(1)总结归纳国内外关于冻土的冻胀机理及数值模拟研究,从土质、水分、温度及渠道走向四个方面重点分析了渠道冻胀破坏的主要因素。渠道等水工建筑物在季冻区需要防冻胀措施,本文介绍了几种常见的防冻胀措施,确定本文采用EPS颗粒轻质土垫层作为渠道的保温措施。(2)进行矩型渠的物理模型试验。根据矩型渠实际工程使用情况,勘察现场工程地质条件、水文气象条件和温度情况等,综合相似理论确定试验合适的比尺,最后确定试验模型方法。试验模型采用不同掺量EPS颗粒轻质土垫层作对比试验,分析对比不同掺量EPS颗粒轻质土垫层的保温效果。(3))基于物理模型试验进行矩型渠的数值模拟分析。重点分析不同掺量EPS颗粒轻质土垫层情况下土体的温度场及位移场。根据数值模拟结果分析土体的冻胀融沉量及冻结融化规律,将数值模拟结果与试验模型结果对比,证明该模型采用数值模拟方法的合理性。(4)开展对新型L型渠的数值模拟分析。分别数值模拟一次及多次冻融循环,综合以上数值模拟结果,分析多次冻融循环后土体的残余应力及残余变形,得出L型渠底板在多年冻融循环后容易破坏。本文的研究成果可为相关产品的推广使用提供一定的技术支持。