Page 116 - 2022年第53卷第2期

图 11 为 1 月 20 日三种形式渠道的法向冻胀
量沿渠周的分布情况。形式一渠道结构的渠底
和渠坡的最大冻胀量分别为 6.2 和 5.5 cm；形式
二渠道结构的渠底和渠坡的最大冻胀量分别为
5.7 和 4.5 cm；形式三渠道结构的渠底和渠坡的
最大冻胀量分别为 8.3 和 7.4 cm。对比形式一和
形式二的冻胀量可知，模袋混凝土衬砌渠道的最
大冻胀量比普通混凝土略微增大；渠底增大约
0.5 cm，渠坡增大约 1.0 cm。这是由于模袋减小 图 11 1 月 20 日不同渠道形式冻胀量对比
了衬砌与基土之间的冻结力，导致冻胀力得到一
定的释放，使得结构冻胀变形增大。对比形式二和形式三可知，全断面混凝土衬砌渠道的最大冻胀量
比卵砾石护底渠道明显增大；渠底增大约 2.6 cm，渠坡增大约 2.9 cm。这是由于全断面渠道阻碍了渠道
两侧水分的排出，导致渠道基土冻结期内冰含量较高，产生了更为严重的冻胀变形。
定义渠坡不均匀冻胀量 H 值，计算公式如下所示。
H = max (h( ) x - kx ) （26）
式中：h( ) x 为渠坡对应坐标点的冻胀量，cm；k 为坡顶和坡底的冻胀量差值与其水平间距的比值，

cm/m，计算公式如下所示。
h - h
k = 1 2 （27）
x - x
1 2
式中：h 、h 分别为渠坡底、渠顶的冻胀量，cm；
c
1 2 表 5 渠坡不均匀冻胀量 （单位：m）
x 、x 分别为渠底、渠顶的水平坐标，m。计
1 2 形式一 形式二 形式三
算所得结果如表 5 所示。
0.9 1.1 2.1
根据表 5 的结果，形式一与形式二的渠坡
不均匀量较为接近，这是由于两种断面的结构相同，仅接触作用不同。相比于形式一与形式二，形
式三的不均匀冻胀量增大了 1 倍多，说明全断面的衬砌形式的不均匀变形程度较大。这是由于卵砾石
对混凝土衬砌的约束作用较弱，而全断面混凝土衬砌在渠脚处约束作用明显。
5.3.2 渠道衬砌结构应力分析 三种不同结构形式的渠道右侧坡板衬砌上下表面正应力分布如图 12
所示。由图中可知，三种形式渠道的正应力分布规律相似，即在渠坡上部的上表面受压、下表面受
拉呈现下凹弯曲；在渠坡下部的上表面受拉、下表面受压呈现上鼓弯曲。常规混凝土的极限拉应力
和极限压应力分别为 1.1 MPa 和-10 MPa。图中可知，在渠道坡板 1/2 处的上表面，坡脚上部 1/3 处的
下表面易产生受压破坏；渠道坡板在渠顶下表面，坡脚上部 1/3 处的上表面易产生受拉破坏。

（a）上表面 （b）下表面
图 12 衬砌的上下表面正应力分布
选取不同形式渠道的正应力极值如图 13 所示。无论上下表面，全断面混凝土渠道（形式三）的
正负应力极值都是较大的，这与上节该形式的不均匀程度最大基本对应。卵砾石护底模袋混凝土

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