膨胀土具有水敏感性、多裂隙性及湿胀干缩性,被称为“最难对付的土”,其特殊性给工程建设造成的危害极大。渠道工程是行水建筑物,且渠道衬砌板较为单薄,渗水引起的渠基土膨胀对衬砌的危害极大,是迫切需要解决的技术难题。本文选择我国北方和南方两地具有代表性的膨胀土——黑龙江松嫩平原膨胀土和陕西安康膨胀土为研究对象,采用高速恒温冷冻离心机法,开展了不同初始干密度、不同干湿循环次数、不同冻融循环次数作用下的土水特征曲线试验,开展了膨胀率、膨胀力试验,分析了膨胀土的膨胀变形规律以及不同因素对膨胀土土水特征规律的影响规律,提出了考虑体变的膨胀土土水特征曲线拟合模型,并分析了考虑膨胀力作用的渠道衬砌结构的稳定性。得出的主要成果如下:(1)揭示了膨胀率和膨胀力的影响因素和变化规律。影响膨胀土膨胀率的主要因素为初始干密度、初始含水率及上覆荷载。膨胀率随初始干密度的增大和初始含水率的减小而增大,随上覆荷载的增大而减小。膨胀力受初始干密度和初始含水率影响,膨胀力与初始干密度呈幂函数关系,与初始含水率呈线性关系,初始干密度越大、初始含水量越小膨胀力越大。(2)改进了耦合考虑初始干密度、初始含水率和上覆荷载三因素的安康膨胀土膨胀率的计算公式。该公式可以由初始干密度、初始含水率和上覆荷载值计算预测土体浸水饱和引起的膨胀率,可以有力支撑安康膨胀土地区渠道和地基的设计工作。(3)证明使用高速恒温冷冻离心机法测定膨胀土的土水特征曲线时需要进行体变修正。快速离心机法简单省时,可以大大提高试验效率,但离心旋转过程中膨胀土脱湿收缩量大,试验精度差,而基于收缩试验的体变修正方法可以达到很好的修正效果。(4)开展了两种膨胀土的系列土水特征曲线试验,揭示了膨胀土的持水特征变化规律。初始干密度越大,土样的持水性越好;干湿循环次数和冻融循环次数增加持水特性变差,到一定次数后趋于平稳;低吸力区土样的失水速率大,曲线较陡;高基质吸力区曲线平缓。(5)基于Gardner模型,提出了同时考虑初始干密度及循环次数的膨胀土土水特征表达式,该表达式与试验数据符合程度较好。(6)采用解析和有限元两种方法,分析了渠道衬砌板和固脚的稳定性,编制了渠道稳定性解析计算软件。该软件可以方便地复核渠道衬砌结构的稳定性。