Page 96 - 水利学报2021年第52卷第5期

图 13 3 月 16 日渠道水分场分布

图 14 3 月 28 日渠道水分场分布
冻结层内冰透镜体开始从两端发生双向融化，局部区域形成过量孔隙水，随着时间推移，孔隙水逐
渐扩散，形成随深度增加含水量逐渐增大的分布规律（图 14（a）），因冻结区域内冰含量的阻水作用，
使含水量较初始时刻明显增大。对比图 13（b）和图 14（b）可知，冻深范围外冰透镜体全部融化，且冻
深线附近因温度升高至其融化温度，使冰含量值明显减少，而冻深范围内的其余区域因热流传输密
度少和冻深线附近的冰融化吸热，从而使冰含量未发生较大变化。
由图 13、图 14 亦可发现，因太阳辐射和阴坡遮蔽而产生的热边界差异产生了明显的不对称水分
场分布，阴坡总含水量明显大于阳坡。首先，阴阳坡的冻深差异特征形成了阴坡冰透镜体总体厚度
较阳坡大的现象；其次，阴阳坡的热边界差异使阴坡含冰量大于阳坡含冰量；最后，因阳面接受太
阳辐射多，温升快，从而使阳坡融化速度明显大于阴坡，冰含量快速减少。
4.3 变形场分析 由上节可知，阴、阳坡局部位置总含水量大于孔隙率，将会产生差异性冻胀变

形，选取多个时刻下衬砌板的法向冻胀变形沿渠周分布曲线，如图 15 所示。

注：坡板与底板相交位置法向方向存在差异，但变形量相同，以虚线连接过渡
图 15 衬砌板法向冻胀变形沿渠周分布曲线
由图可知，梯形渠道衬砌因基土冻胀作用，呈现出渠底向上隆起，坡脚受挤压明显，两坡板向
渠内凸起，衬砌整体上抬的变形趋势。其中，渠底衬砌板在偏阳坡处的法向冻胀量最大，阴、阳坡
板约在 1/4 ~ 1/3 坡长位置处最大。在因太阳辐射而产生的差异冻胀力作用下，衬砌冻胀变形量由阴
坡、渠底至阳坡依次递减，阴、阳坡板冻胀变形差异明显，整体与基土内冻深发展、水分分布规律
一致，即渠道水热分布的不对称、不同步特征导致了阴、阳坡板不对称的变形分布。
由上图亦可知，随着冻结时间的发展，衬砌板法向冻胀变形均逐渐增大，至 3 月 16 日时，冻胀
量最大，阳坡、渠底和阴坡最大分别为 8.47、10.97 和 12.48 cm，与现场监测值基本吻合，且衬砌板

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