冻胀破坏是寒区渠道衬砌破坏的主要方式,影响渠道安全运行及工程效益的发挥,建立合理的渠道衬砌冻胀力学模型是衬砌抗冻胀设计的基础。目前梯形渠道衬砌冻胀力学分析大多基于假设冻胀力和冻结力分布及大小的前提下建立的结构力学分析模型,既不能充分反映衬砌板与基土冻胀之间的变形协调,也不能很好利用规范推荐成果或方法。SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》中详细推荐了渠基土冻胀量计算方法,一定程度上综合体现了渠道基土的冻胀特性。一些现场观测和原型试验也得到了自由冻胀量,其大小及分布对工程设计具有重要参考价值,但目前鲜有力学模型充分吸收这些已有成果。弹性地基梁理论能够很好的反映基础和上部结构之间的相互作用,但冻土冻胀与衬砌之间相互作用机理与一般意义的弹性地基梁理论存在差异。基于弹性地基梁理论,建立一个基于自由冻胀量的梯形渠道衬砌冻胀弹性地基梁比拟力学模型就显得十分必要。另外,弹性地基梁理论应用于渠道衬砌冻胀分析的关键问题是能否根据渠基土冻结和冻胀后的力学特性对冻胀反力系数进行合理取值,目前还无相应的理论和方法支撑。本论文开展的主要工作及结论包括以下几个方面:（1）在分析渠道衬砌冻胀与弹性地基梁的作用机理基础上,提出冻胀反力系数概念。根据渠道衬砌板在冻胀过程中的受力变形协调性建立边界条件,充分考虑规范、试验和观测资料关于冻胀量的成果,建立基于自由冻胀量的梯形渠道衬砌冻胀弹性地基梁基础比拟力学模型。与前人试验和数值模拟进行比较,验证其合理性。（2）为了探究地下水引起基土不均匀自由冻胀对梯形渠道衬砌冻胀的影响,在基础比拟力学模型的基础上将基土不均匀自由冻胀和边坡衬砌板之间的协调变形视为基土不均匀自由冻胀位移、衬砌板绕坡脚转动位移和衬砌板的约束位移三者的叠加。给出冻胀量、冻胀反力、弯矩和剪力的计算表达式,分别探究不同边坡衬砌板长度对衬砌冻胀变形和内力影响规律,及均匀自由冻胀和不均匀自由冻胀对衬砌冻胀影响的差异。（3）冻胀反力系数是本文所建立力学模型中一个非常重要的参数,关系到计算结果的合理性。基于冻土三轴试验结果,建立考虑不同围压和温度的邓肯-张本构模型,参考室内三轴试验测定基床系数方法,基于数值模拟测定不同温度梯度下的冻胀反力和被约束冻胀量之间的关系,求得冻胀反力系数,为本文所建立的渠道衬砌冻胀弹性地基梁比拟力学模型提供有力支撑。（4）考虑到渠基冻土非线性变形,结合冻胀反力系数研究结果,基于有限差分法离散弹性地基梁平衡微分方程,以适应反力系数变化带来的求解困难,建立非线性冻胀反力系数梯形渠道衬砌冻胀弹性地基梁比拟力学数值模型。结合衬砌板长度、基土不均匀自由冻胀和温度三个因素,探究冻胀反力系数非线性对梯形渠道衬砌冻胀的影响。