在我国北方寒区,水是人们的生命线,水资源短缺是其面临的一大难题。安全高效的输水渠道仍是解决这一问题的关键措施。模袋混凝土衬砌渠道具有施工效率高、水下施工方便、防冻胀性能好等特点,可以极大缩短渠道的施工周期,修复输水运行中的渠道,以及有效缓解渠道的冻胀破坏等。因此,模袋混凝土衬砌在我国浅埋地下水地区具有很大的应用前景。本文针对浅埋地下水地区模袋混凝土衬砌渠道的冻胀破坏机理以及规律不清晰、模袋混凝土衬砌渠道的断面防冻胀优化设计方法缺乏等问题,展开相关研究,以便促进模袋混凝土衬砌渠道的推广和应用。本文主要研究内容与结果介绍如下:（1）基于冻土水热力耦合理论,建立了基土冻胀性分析模型研究基土随外界因素的冻胀规律,对计算结果与规范所给经验曲线进行比较,证明了结果的合理性,对以往的经验曲线进行了修正,为浅埋地下水模袋混凝土衬砌渠道的基土冻胀性分析建立了基础,为工程防基土冻胀设计及规范修订提供了理论支撑。（2）鉴于提出的渠道衬砌强度、刚度及稳定性准则和冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面相互作用建立了浅埋地下水下模袋混凝土衬砌渠道的冻胀数值分析模型。以宁夏西干渠工程为例,对卵砾石护底模袋混凝土、卵砾石护底普通混凝土以及全断面混凝土三种典型衬砌形式的弧脚梯形渠道进行了冻胀破坏分析和对比研究。结果表明,模袋混凝土下部模袋与基土的接触作用和卵砾石护底对护岸坡脚的弱约束作用可有效缓解衬砌的冻胀破坏;模袋混凝土衬砌冻胀破坏表现出混凝土开裂、模袋达到弹性比例极限、模袋达到极限强度的三个阶段,在混凝土开裂后模袋仍具备较强的承拉能力使护岸衬砌能承受冻胀发展并防止滑塌失稳破坏。当以模袋拉应力达到弹性比例极限为失效准则时,抗冻胀能力提高约47.1%,负温抵抗能力提高约30%。本研究揭示了浅埋地下水卵砾石护底模袋混凝土衬砌渠道的冻胀破坏机理和规律,为我国北方寒区浅埋地下水河渠采用卵砾石护底模袋混凝土衬砌提供了设计手段与合理依据。（3）提出了模袋混凝土衬砌渠道断面水力防冻胀双目标优化设计方法。通过宁夏西干渠的浅埋地下水模袋混凝土衬砌渠道的优化算例,计算得到满足优越的水力条件、适应冻胀的能力、经济实际及合理的强度、刚度及稳定性等综合因素下的设计断面,并用结构优化指标来评价其冻胀适应性。本方法解决了以往依靠经验或规范进行冻胀设计的局限性,综合考虑水分、温度、土壤性质等因素的影响,使得设计方法更加合理,为浅埋地下水模袋混凝土衬砌渠道断面的防冻胀优化提供了设计参考。