水资源短缺是一个全球性问题，我国是一个水资源严重紧缺的国家。我国人均水量远低于世界平均水平，仅为全球人均水量的四分之一，排在世界第110位。而我国是农业大国，水资源短缺和水资源不合理地开发利用造成的浪费现象制约着我国农业的发展。农业水资源浪费主要体现在灌溉方面，我国农业灌溉用水达到了农业用水量的九成以上，而渠道输水过程中因渗漏造成的损失占农业用水量的近一半，达到我国总用水量的三分之一。为有效减少渠道输水损失，发展节水农业，渠道衬砌防渗工程被广泛使用。但在我国北方寒冷冻土区，普遍存在渠道冻胀破坏现象，近年来膜料和混凝土刚柔结合的复合衬砌形式具有适应变形，防渗抗冻等特点，被广泛采用，但对复合衬砌形式防冻害缺乏具体的数学计算。本文在分析总结大量文献基础上，做了以下工作：（1）讨论了渠基土壤产生冻胀的机理及影响因素，分析了各种形式渠道的破坏特征，总结了渠道防渗抗冻胀的基本措施。（2）针对梯形、弧底梯形和U形三种断面的膜与混凝土结合的复合衬砌渠道，从实际工程出发，根据渠道冻胀的基本规律，通过假设建立了复合防渗衬砌渠道冻胀破坏的力学模型，给出了内力计算公式、抗裂验算公式并进行了厚度验算。通过计算表明，采用土工膜与混凝土结合的复合衬砌形式与素混凝土衬砌形式相比，三种断面渠道的有效冻胀力分别减小4.9%、2.6%、7.7%；有效切向约束力分别减小11.3%、7%、19.2%；渠道坡板拉应力分别减小16.7%、3.9%、8%；渠道底板拉应力分别减小6.1%、4%、7.5%，从力学角度证明了复合衬砌形式有利于渠道的防渗抗冻胀。（3）利用ANSYS有限元分析软件对梯形、弧底梯形和U形三种断面的复合衬砌渠道的冻胀进行了数值模拟，得到了其温度场、应力变形场，并进行了分析。温度场等值线与衬砌板面平行分布，在坡板顶部位移值最大；梯形渠道在坡板与底板交界处应力值较大，弧底梯形渠道弧形底部应力值较大，U形渠道弧底应力值较大；阴坡应力值、变形值均大于阳坡。模拟结果与实际冻胀情况相符合，与力学分析相互印证，揭示了渠道冻胀破坏的机理。通过软件模拟结果和力学模型计算结果对比分析，复合衬砌渠道冻胀力的分布和冻胀变形的规律基本一致，渠道的冻胀破坏是在水分、温度、土质等因素共同作用下发生的，说明了本文提出的简化力学模型和有限元模拟方法是可行的，对复合衬砌渠道的进一步应用具有现实意义。