我国是传统的农业型国家,农业灌溉用水存在严重浪费,而渠道衬砌是提高农业灌溉用水率最主要的措施。在我国北方等季节冻土区,渠道工程的冻胀破坏不容忽视,严重浪费了农业用水,因此研究沈阳地区渠基土冻胀对渠道衬砌结构的破坏具有重要的现实意义。为研究东北季冻区的渠道冻胀问题,对沈阳地区的灌渠冻胀采取了广泛的调查研究并结合国内外冻胀研究的相关文献,最终确定了影响渠基土冻胀的主要因素有适宜的土质、冻胀所需要的低温、充足的水分补给。选取沈阳地区渠基土为试验对象,设计并制作了采用底部和四周保温且具有侧向限制的直径10cm,高15cm的圆柱形土体模型使其符合自上而下单向冻结情况的试验装置,整个试验装置由试样筒、低温冻融试验机、补水系统、数据采集系统、冻胀测量仪器和温度测量仪器组成;进行了基础实验,并设计了一系列室内冻胀试验。试样采用0.9的压实度,16%、22%、28%、34%的含水率,降温速率分别有4℃/h、6℃/h、8℃/h直到降到-25℃为止以及恒温-25℃的对照试验。分别在有地下水补给的开放系统和无地下水补给的封闭系统两种条件下测定沈阳地区渠基土的冻胀量的不同土层温度变化规律。结果表明:通过对试样在冻结过程中的位移场进行分析,在开放系统条件下的最大冻胀量为6.1mm,最小冻胀量为0.93mm;在封闭系统条件下的最大冻胀量为4.1mm,最小冻胀量为0mm;因此相同冻结条件下,开放系统条件下的试样冻胀量都要大于封闭系统条件下。含水率34%试样的冻胀量要大于含水率为16%、22%和26%试样,含水率越高冻胀率越大。经回归分析得到拟合结果较好的回归方程;在给定范围内,封闭系统下土体的最大冻胀率为3.31%,开放系统下土体的最大冻胀率为4.35%。通过冻胀率可以得到沈阳地区渠基土的冻胀量,并对沈阳地区渠道保温层的适宜厚度进行优化;分别在无地下水补给和有地下水补给时,梯形断面需要的苯板厚度为10.17cm和10.78cm;弧底梯形断面所需要的苯板厚度为6.11cm和7.77cm;大U形断面所需要的苯板厚度为7.74cm和8.69cm。从安全性能、工程造价和施工工艺综合看来,弧底梯形断面是最优断面形式。