新疆地处季节性冻土区,由于常年干旱缺水,修建了诸多用于灌区和水电站发电的引水渠道。这些渠道中有一类冬季输水渠道,此种渠道在冬季继续为电站或城市供水。受渠内水影响,此类渠道基土含水率一般高于冬季停水渠道,因此,冻胀破坏也比冬季停水渠道更为剧烈。本文在阅读与分析大量国内外文献基础上,详细阐述了冬季输水渠道冻胀机理、破坏特征、防护措施等方面的研究进展。论文主要研究工作及成果包括以下几点:(1)依据有限元分析理论,利用ANSYS有限元软件,深入探究冬季无冰盖输水混凝土衬砌渠道温度场、应力场及位移场冻胀基本定性规律,进而提出三种针对冬季输水渠道的防冻胀措施,分别为高水位运行保温防冻胀措施、聚苯乙烯保温防冻胀措施及新式换填防冻胀措施,并对其温度场、应力场及位移场进行数值模拟深入分析冻胀变化定性规律。(2)对水深为2m、3m及4m渠道受负温影响时的温度场、应力场及位移场一般冻胀规律进行了探究,研究表明高水位运行是一种有效的保温防冻胀措施。温度场变化规律:不同水深时渠道在空气、水面及衬砌板交界处都会产生巨大温差,温度等值线在此处出现强烈波动。应力场变化规律:不同水深时渠道衬砌板上最大应力产生的位置都为空气、水面及衬砌板交界处,随着过水深度的增加,应力逐渐降低。位移场变化规律:随着过水深度的增加,最大冻胀位移逐渐减小且逐渐转移到渠道顶部,最终得出该渠道冬季合理输水水深为4m。(3)冬季输水渠道应用聚苯乙烯保温防冻胀措施后对其温度场、应力场及位移场数值模拟研究发现,温度场变化规律:渠顶水平方向1.5m范围以内及水面以上混凝土衬砌板后的法向冻深有所下降,随着保温板厚度增加,渠道冻深呈减小趋势,但减小的幅度逐渐减小;应力场变化规律:渠道增加8cm厚聚苯乙烯保温板较无保温措施时衬砌层上最大上应力削减48.23%,由此可见聚苯乙烯新式保温防冻胀结构可有效降低混凝土衬砌层上的应力,随着保温板厚度增加,应力降低幅度逐渐减小。位移场变化基本规律:渠道在铺设8cm厚度的聚苯乙烯保温板后较未采用防冻胀措施时最大冻胀位移削减52.32%,由此可见渠道在采用聚苯乙烯保温新式防冻胀结构后可大幅度降低冻胀位移,随着保温板厚度不断增加,其位移削减幅度也随之减小,最终得出保温板的最佳厚度为14cm。(4)冬季输水渠道应用新式换填防冻胀措施后对其温度场、应力场及位移场数值模拟研究发现,温度场变化规律:随着换填深度逐渐增加,负温侵入渠基土的深度不断加深,边坡板后法向冻深也逐渐增加。应力场变化规律:换填60cm深度砂砾土较无换填措施的渠道衬砌板上最大应力降低78.78%,可见新式换填防冻胀措施可有效降低衬砌层上应力,随着换填深度不断增加,应力减小幅度也逐渐降低。位移场变化规律:渠道换填60cm深度的砂砾土较无换填措施时最大冻胀位移削减41.8%,表明换填砂砾土可有效降低冻胀位移产生,最终得出最佳换填深度为120cm。