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衬砌渠道（形式一）可以有效减小衬砌板所受到的拉压应力极值，使其逐渐进入或靠近安全区域；
相比于形式三，形式一渠道结构的上表面拉、压应力分别减少了 73.3%和 37.8%，下表面拉、压应
力 分 别 减 少 了 42.5%和 52.1%；相比于形式二，形式一渠道结构的上表面拉、压应力分别减少了
48.3%和 42.6%，下表面拉应力增加了 21.7%，压应力减少了 35.8%。同时，形式一渠道结构形式可以
有效地减少拉压应力极值差，使得自身受力更加均匀化，如图 14 所示。这与上节该形式的不均匀冻胀
量较小的反映相一致。
图 13 不同形式渠道正应力极值 图 14 不同形式渠道正应力极值差
5.3.3 浅埋地下水区模袋混凝土的冻胀适应性分析 建立模袋混凝土衬砌断裂失效有限元模型来模
拟模袋混凝土破坏的冻胀过程，边界条件与形式一相同。图 15 为基土最低温度分别达到-10、-13
及-14 ℃时的法向冻胀力分布。从图中可知，当基土温度达到-10 ℃时，衬砌底部约 1/3 处混凝土开
裂且最大法向冻胀力达到 170 kPa；随着基土温度的降低，对护坡产生的冻胀力增大，当基土温度达
到-13 ℃时，模袋达到比例极限且最大法向冻胀力达到 250 kPa，冻胀力提高 47.1%，抵抗基土的负温
提高 3 ℃，提高 30%；随着基土降温至-14 ℃，模袋达到强度极限，衬砌最大法向冻胀力达到 270 kPa，
冻胀力提高 58.8%，抵抗基土的负温提高 4 ℃，提高 40%。冻胀力以及抵抗负温的能力提高反映出模
袋混凝土衬砌渠道的抗冻胀能力明显提高。
图 15 法向冻胀力分布（单位：kPa）
模袋混凝土的冻胀适应性分析：由前文可知，卵砾石护底的模袋混凝土衬砌渠道（形式一）可以
有效地降低渠坡地下水位，缓解渠道的冻胀破坏；同时由于模袋混凝土衬砌与基土之间冻结力的减
弱以及卵砾石护底的弱约束，使得渠道衬砌的不均匀冻胀量明显减弱，进而渠道的拉压应力值有了
明显的下降。另一方面，模袋混凝土衬砌在冻胀过程中的拉应力已经超过混凝土的极限拉应力，混
凝土已经产生了局部断裂。相比混凝土材料，由于模袋材料的抗拉性能较好，当模袋内的混凝土断
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