为探索季冻区防渗衬砌渠道混凝土板缝对冻胀变形的影响,以宁夏引黄灌区小型U形混凝土衬砌渠道为研究对象,在整体式、两拼式和多拼式U形混凝土衬砌渠道上设计并布置了冻胀监测试验系统,就板缝对不同混凝土拼装结构的U形渠道的冻胀响应开展了相关研究。首先通过2015-2016年冻融期冻胀量监测数据,分析了由板缝引起的衬砌板破坏严重的成因。据此,将2016-2017年冻融期内的监测试验方案做了改进,在同一条渠道相近渠段上对U形混凝土衬砌渠道的常规板缝结构和经过加固处理消除板缝影响的无板缝结构布置了原位监测试验,并分析处理了一个完整冻融周期内两种结构的冻胀量、法向冻胀力的监测数据及其衬砌板冻胀变形规律。进而借助冻土 Winkler弹性地基梁理论,建立了考虑冻土法向和切向双向冻胀的开放系统下无缝U形混凝土衬砌渠道的力学模型,得到冻胀力和内力计算公式,以监测试验区无缝U形混凝土衬砌渠道为算例,分析计算了该结构的冻胀力及其内力分布规律,并与实际监测数据和已有力学模型作了对比分析。最后提出了以榫接结构连接的装配式U形砼衬砌渠道设计概念,并对其构造要素、受力情况、实用性和防渗性做了简要说明。具体研究结果如下:(1)板缝是U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的薄弱部位,其破坏原因是板缝两侧衬砌板冻胀位移差较大所致,通过原位监测数据分析,发现板缝冻胀破坏较衬砌板更为严重,大部分衬砌板裂缝起始于板缝处并延伸扩展至衬砌板。(2)在土壤温度和土壤含水率相近情况下,消除了板缝影响的无板缝U形混凝土衬砌结构冻胀量均小于传统U形混凝土衬砌结构,且前者的法向冻胀力分布更均匀。(3)利用所建立的考虑双向冻胀开放系统下无缝U形混凝土衬砌渠道的力学模型分析计算得到在U形渠道底部和距离渠底1/3渠深处会发生较大弯矩,且法向冻胀力与监测数据基本一致。表明无缝U形混凝土衬砌结构有良好的抗冻胀性能。(4)针对U形混凝土衬砌渠道最大弯矩处恰好是板缝联接处的实际情况,设计了一种受力条件和防渗性能较好的榫接结构及其构造形式。