渠道作为灌区建设和调水工程的重要输水建筑物,对灌区节水、受水区经济社会发展以及流域生态保护意义重大。修建在北方寒区的渠道工程,受季节冻土影响,渠道衬砌经常发生开裂、错动、鼓胀、脱空乃至整体滑塌等破坏,致使渠道行水功能降低,渗漏严重,制约了工程效益的发挥。对于寒区渠道冻胀设计,现行规范仅给出了依靠渠道规模和基土自由冻胀量来确定断面形式的经验方法,理论设计方法不足,迫切需要建立寒区渠道工程的冻胀破坏分析理论,包括冻融破坏失效准则及断面设计方法,以保证渠道冻胀设计有章可循。为此,本文结合渠道冻融破坏的强度、刚度和稳定性连锁破坏特征和机理,系统建立了寒区输水渠道的强度、刚度、稳定性失效准则。根据渠道冻胀受力特征,提出了渠道衬砌冻胀地基系数的计算方法。在此基础上,基于弹性地基梁理论,分别从基土冻胀连续性和衬砌-冻土切向作用两方面,建立了符合渠道冻胀特性、精度更高的现浇衬砌梯形渠道冻胀力学模型;针对寒区分布广泛的预制混凝土衬砌梯形渠道,建立了考虑接缝作用的冻胀力学模型;上述渠道冻胀弹性地基梁力学模型可给出渠道衬砌冻胀位移、内力的计算公式,为寒区渠道工程设计提供了理论依据和技术手段。本文的研究内容及结果如下:（1）采用现场和文献调研两种方法,归纳分析了寒区渠道的冻融破坏特征,指出其冻融破坏是一个强度、刚度、稳定性的连锁失效过程。结合渠道衬砌应力、变形演化规律,建立了渠道冻融破坏判断体系,为寒区渠道设计及评价提供理论参考。（2）根据渠道冻胀受力特性,结合基土自由冻胀量和双层地基法成果,提出了渠道衬砌冻胀地基系数计算方法。相比于以往采用以一般基础为研究对象而得到的冻胀地基系数,本文计算方法更适用于寒区渠道,为地基系数取值奠定理论基础。（3）考虑基土冻胀连续性,基于广义Winkler弹性地基梁理论,建立了现浇衬砌梯形渠道冻胀力学模型,采用有限差分法给出了衬砌冻胀位移及内力计算方法。该模型可考虑衬砌破坏的极限平衡状态及衬砌上抬位移对法向冻胀力的释放作用,结果更加符合实际。（4）引入可考虑冻土与衬砌切向作用且与法向弹簧耦合的切向弹簧,建立了考虑衬砌与冻土切向作用的渠道冻胀弹性地基梁力学模型,提出了法向冻胀力和切向冻结力计算方法,给出了渠道衬砌冻胀位移、内力及截面正应力解析解,结合现场实测数据和有限元模拟对该模型进行了验证,并探讨了衬砌与冻土的切向作用对衬砌冻胀的作用。该力学模型可给出衬砌变形和截面正应力值,辅助设计人员从强度、刚度和稳定性指标进行结构设计。（5）考虑板间填缝影响,基于现浇衬砌渠道力学模型,建立了预制衬砌梯形渠道冻胀弹性地基梁力学模型,采用传递矩阵法求解了衬砌冻胀变形和内力解析解,从衬砌刚度、稳定性和接缝处抗剪强度等方面对渠道安全进行评价。结合现场实测对力学模型进行了验证,并探讨了预制衬砌与现浇衬砌的内力变形区别,分析了预制板长度对其安全的影响。