我国北方渠道在每年的冬季都遭受由于基体土冻胀导致混凝土衬砌板不同程度的破坏,导致渠道渗水,严重降低了输水效率,对渠坡稳定也带来不利影响。渠道衬砌的使用寿命也因基体土冻胀破坏而缩短,给管理维修工作不断带来困难,重建与维修花费大量的人力与财力。防治渠道衬砌的冻胀破坏,不断提高农田水资源利用率,已成为北方灌区农业生产中急待解决的问题。实践表明,解决渠道冻胀破坏问题要从影响渠道基体土冻胀因素入手,研究影响因素与冻胀力的关系,在已有渠道基体土单向冻胀试验结果的基础上,对渠道基体土进行二维冻胀试验研究显得尤为重要。本文在总结前人研究成果基础上,依据冻土物理学、冻土力学、热力场耦合理论等有关学科的基础理论对梯形渠道基体土二维冻胀进行分析,主要进行了以下研究工作:利用相似准则进行试验模型设计,根据模型尺寸制作梯形渠道基体土二维冻胀试验自反力装置。选取粉质粘土作为梯形渠道基体土二维冻胀试验土样,按照标准试验方法进行重塑,对影响梯形渠道基体土二维冻胀的初始含水率、平均冻胀温度、预加应力等主要因素进行了单因素试验。试验结果表明,冻胀力与含水率呈正相关,与温度和预加应力呈二次相关。设计并完成了以初始含水率、平均冻胀温度、预加应力为影响因素的三因素三水平正交试验,得到了梯形渠道基体土二维冻胀坡部冻胀力及顶部冻胀力最不利影响因素组合,并给出了各影响因素对坡部与顶部冻胀力的显著性分析结果。采用冻土的各向同性本构模型,利用ANSYS软件对梯形渠道基体土二维冻胀进行热力耦合数值模拟,并采用试验结果验证了有限元模拟结果的正确性。本文工作为进行梯形渠道基体土更深入的研究提供基础素材。