季冻区衬砌渠道由于受冻融环境的影响，下部基土温度场、水分场不断发生变化，冻胀变形现象时有发生，这将严重影响渠道的安全运行，因此研究季节冻土区渠道的冻胀破坏机理及防冻胀措施具有十分重要的理论与现实意义。本文通过理论分析、模型试验与数值计算相结合的方法对衬砌渠道破坏机理进行了分析。主要内容如下：1．把衬砌结构与下部基土视为一体，假定一系列理想条件，根据非饱和土水动力学原理建立季节冻土系统的水、热、变形耦合模型，确定相关参数、定解条件及数值解法。2.以北引乌北段试验工程为原型，综合考虑现场工程规模、工程地质条件、水文气象条件及实验室实际的条件，根据相似理论确定合理几何比尺、时间比尺与温度比尺，建立室内物理模型。为验证保温材料的保温性能，室内模型设计了对比试验，即预制砼板结合保温措施护坡结构和预制砼板护坡结构，控制实验室内环境温度，观测两种护坡结构的温度场、水分场及位移场变化情况，并进行对比分析，得出保温材料在护坡结构中的保温作用。3.以室内模型尺寸和已有的模型参数为依据，用有限元软件ABAQUS模拟两种护坡结构在不同环境温度下的温度场、水分场及变形场变化情况，并与室内试验结果对比分析。本论文主要得出以下结论：1.由试验数据分析可知，季冻区渠道冻融过程是一个单向冻结、双向融化的过程。受温度梯度影响会有不同程度的水分迁移，渠道表层温度梯度大，热交换强度大，水分迁移最为明显，越靠近渠底水分迁移量越小。渠基土融化后部分迁移来的水分入渗，使含水量有所减小，但总的含水量大于初始含水量，这也是造成渠道多次冻融循环后抗剪强度指标弱化，出现滑塌现象的原因。2.冻融过程中渠道边坡总是先出现冻缩现象，随着冻结温度降低，继而发生冻胀，随着温度升高，土体中冰融化成水，体积缩小，继而发生融沉，经历一个冻融循环后，渠道边坡冻胀量大于融沉量，残余变形具有累积结果。3.由实验数据分析可知，没有保温板的护坡结构冻深是有保温板护坡结构冻深的3.65倍，可见保温措施可抑制冻深的发展，因此在季节冻土区进行工程建设时可以适当采用一些保温措施，如覆盖绝热材料、设置隔热层等。4.在Harlan模型的基础上建立饱和渠道二维的水、热、变形耦合模型，在符合工程实际情况的基础上做了适当简化，并用有限元软件进行模拟。模拟结果与试验结果变化趋势基本吻合，证明了数值模拟理论的正确性。本文的模型试验与数值模拟理论为季冻区渠道工程的冻胀防治工作提供了参考价值。