我国季节冻土分布广,土体温度场和各相随气温变化呈现出不稳定性,对各类工程结构的安全具有不利影响。修筑在季节冻土地区上的渠道衬砌工程,随着土体的冻胀融沉现象极易发生冻害,衬砌结构开裂、翘起甚至滑塌,造成了大量的灌溉水流失,水资源严重浪费,冻胀问题已成为灌区农业经济快速发展的重要制约因素。因此,对季节冻土地区混凝土衬砌渠道冻胀破坏机理的研究,以及合理混凝土衬砌渠道结构形式的研究,对于确保季节冻土地区渠道的输水安全、受水区的正常生产生活、充分发挥工程经济效益等方面都有着重大意义。土体冻结期间,混凝土衬砌与下部土体间存在复杂的相互作用过程,使衬砌冻胀效应不同于忽略相互作用时较保守的计算结果。为提高混凝土衬砌渠道设计的安全性和经济性,必须要考虑其与冻土间的相互作用。弹性地基梁是指搁置在一定弹性性质的地基上的梁,它能够较好地反映基础和上部结构之间的相互作用,近年来在渠道衬砌结构的冻胀问题研究中得到广泛应用,冻胀反力系数的确定是关键问题。由于不同时刻渠道土体温度存在阴阳坡效应,冻胀反力系数也随时间和位置发生变化,最终渠道各部位的实际冻胀量和冻胀反力形成不均匀分布的状态。因此,本文通过变化的冻胀反力系数,建立U形渠道的弹性地基梁力学模型,并通过二次开发将力学模型耦合到水热过程中,对混凝土衬砌冻胀效应进行水热力三场耦合的数值模拟,研究了反映与土体相互作用的小型两拼式U形混凝土衬砌渠道的冻胀效应。主要研究内容和结果如下:（1）建立了反映不同位置土体温度与冻胀变形能力间关系的冻胀反力系数表达式,确定了随土体温度而动态变化的冻胀反力;基于弹性地基梁理论,建立了考虑动态变化冻胀反力系数的U型渠道混凝土衬砌冻胀力学模型,求解出了冻胀后边坡和渠底衬砌板的冻结力、冻胀力及冻胀量、最大弯矩、剪力和轴力。将该方法应用于宁夏某小型两拼式U型渠道,对其建立考虑变化反力系数的弹性地基梁冻胀力学模型并求解,衬砌结构的实际冻胀量与冻胀反力分布变化的规律同野外观测结果和已有研究结论较为一致,能够动态、客观地反映渠基土与混凝土衬砌间的相互作用,可体现出渠道衬砌的冻胀变形在不同时刻、不同位置的变化趋势,改变了以往研究中只能考虑最大冻胀量的保守计算状况。（2）将考虑变化反力系数的渠道弹性地基梁力学模型与水、热模型耦合形成水热力三场耦合方程,利用COMSOL软件的PDE模块进行二次开发,对渠道进行冻胀效应模拟。土体温度场及水分场分布与野外实测结果较为一致,阴阳坡效应明显。应力集中现象主要集中于渠坡直线段与弧线段交界处、渠坡顶端及渠底。渠底衬砌结构的变形最大,阴坡次之,阳坡最小,变形以渠道边坡衬砌板略向渠道内倾斜、渠道向上抬升,并向阳坡方向发生轻微偏转为主。考虑变化反力系数的弹性地基梁冻胀模型水热力耦合结果与不考虑衬砌与土体相互作用的模型相比,结果与野外观测更为接近。（3）针对渠道衬砌不同开口宽度、倾角角度、衬砌板厚,对小型两拼式U形渠道进行三场耦合模拟,渠道的冻胀变形量随渠道开口宽度的减小、倾角角度的增大而和衬砌板厚度的增大而减小。结合宁夏引黄灌区实际情况对小型两拼式U形渠道进行了优化设计。其中,降低渠道开口宽度、增加渠道衬砌板厚的措施对提高渠道抗冻胀效果较为有效。