水是人类赖以生存和发展 的基础 ，是 农业的 命脉 ，尤其是在旱地农业区，水资源更是有着极其 重要的意义。加之在大强度的人类经济、社会活动 下 ，农业用水危机愈发严峻 ，节水灌溉已经成为我 国农业发展迫切 需要 解决 的重大 问题。渠道防渗 技术作为一种行 之有效地节水技术正 日益受到重 视。然而修建在我国广大季节性冻土区的大量防 渗渠道 ，都存在 由于土体冻胀而引发的失效甚至 破坏 的问题。事实上 ，在寒 区工程实践 中，刚性衬 砌渠道 的冻害十分普遍 ，其形式也是 多种多样。 如 ：由于渠基土体受到冻胀 、融沉作用而 引发 的失 稳破坏 ，由冰胀 推力引起 的挤压破坏以及冻胀 力 作用导致 的结构破坏 等。其 中由于渠床基土 的不 均匀冻胀 引起的衬砌板 开裂 、鼓胀和滑塌是渠道 混凝土衬砌破坏的最主要形式 ，防止此类冻害 的 发生也是渠道 防冻研究 的重点川。而解决问题的关 键就是要搞清楚渠道刚性衬砌层受冻胀 时的受 力 特征 ，建立 力学模 型 ，并对其进行求解 ，从 而为 防 渗渠道 的抗冻胀设计提供科学合理的依据。 1 冻胀破坏 的特征 1．1 冻胀力与冻结力 由于寒 区冬季气温的持续降低 ，渠床 土体 中 的水分发生迁移和冻结 ，引发土体 的冻胀。若此时 土体 的冻胀不受到任何约束 ，则不 出现冻胀力；反 【基金项 目】：塔 里木大学校 长基金 自然科 学项 目(TDZKSS09008) · 58 · 之 ，若土体的冻胀受到渠道混凝土衬砌板的约束 ， 则该板将受到冻结土体施加的冻胀力作 用。除此之 外 ，渠道衬砌板与渠床基土问的水也将发生冻结 ， 两接触表面会发生粘合现象。从宏观的角度看 ，此 时可以认为衬砌体与冻土之间有一种力存在 ，正是 这种力使两者牢固粘结 ，此即所谓的冻结力。 冻胀 力是渠床基土主动施加在渠道混凝土衬 砌板上的 ，且 由于渠床基 土的含水量是底部大、上 部小，加之渠坡不同位置距地下水埋深的足巨离也 不尽相同 ，以致渠道混凝土衬砌板所 受冻胀力也 是底部大、上部小。而冻结力是当渠道衬砌板与渠 床基土有相互分离或滑动趋势时 ，渠床基土对渠 道衬砌施加 的被动约束。冻结 力分为法向冻结力 和切 向冻结力两种 ，冻胀力的方向～般只是法向。 1．2 破坏的特征 渠道混 凝土衬砌 底板 及 边坡板 都是 在 冻胀 力、冻结力、重力及底板 与坡板相互约束力作 用下 发生破坏的 ，其机理非常复杂。就渠道底板而言 ， 冻胀 力的作 用使其有上抬 的趋势 ，又两端受坡板 的约束 ，冻胀变形呈中部大两端小 ，故底板通 常是 中部弯折断裂。渠道坡板上部所受法向冻胀力较 小 ，并与渠堤顶部牢固冻结在一起 ，主要受冻结 力 的约束 ，而下部所受法 向冻胀 力较 大 ，主要受底板 的约束 ，此时坡板上部及 下部均 受到约束且法 向

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