Page 118 - 2022年第53卷第2期

裂后，模袋结构还未破坏，起到锁链作用。因此模袋对混凝土起到支护作用，可以有效的防止混凝
土鼓胀滑塌，同时混凝土的开裂使得渠道衬砌自行分缝，可以一定程度释放冻胀力，缓解渠道的进
一步破坏。因此，卵砾石护底的模袋混凝土衬砌护岸具有优越的冻胀适应性，尤其是在浅埋地下水
区具有很大的使用价值，如在宁夏、内蒙古等灌区渠道和河湖边坡治理上可以进行推广。

6 结论

基于冻土水热力三场耦合理论和弹性薄层接触模型，考虑卵砾石护底、模袋混凝土衬砌及普通
混凝土衬砌等组合结构渠道，建立了三种结构形式渠道的冻胀破坏模型，探讨并剖析了模袋混凝土
的冻胀破坏机理，为寒区浅埋地下水河渠护岸衬砌的设计提供了合理的依据。得出以下结论：
（1）本文建立的渠道冻胀模型可以有效地反映渠道温度场、水分场的情况，与当地情况基本吻
合。对于浅埋地下水区，卵砾石护底衬砌渠道有助于渠道两侧水分的排出，降低渠道的地下水位，
边坡含水率减小最高达到 27.8%，从而基土含冰率减小约 30%，提高了渠道适应冻胀的能力。
（2）由于模袋混凝土衬砌下部模袋与基土之间冻结力的减弱，导致渠道的应力值有了明显的下
降。在卵砾石护底结构的相同条件下，相比于普通混凝土衬砌渠道，模袋混凝土衬砌渠道的表面应
力减小了 35.8% ~ 48.3%，且不均匀冻胀量减小约 0.2 cm。
（3）由于卵砾石护底对护岸坡脚的弱约束作用，使得渠道衬砌的不均匀冻胀量明显减小，进而渠
道的拉压应力值有了明显的下降。相比于全断面混凝土衬砌渠道，卵砾石护底的混凝土衬砌渠道的
表面应力减小了 37.8% ~ 73.3%，且不均匀冻胀量减小 1 cm。
（4）模袋混凝土破坏失效过程可分为混凝土拉应力达到开裂极限阶段、模袋应力达到比例极限阶
段、模袋应力达到极限抗拉强度阶段的三个阶段。在冻胀过程中，模袋混凝土衬砌渠道的应力已远
大于混凝土的抗拉强度，这必然导致模袋内部混凝土的开裂，但是由于上表面模袋的链接作用以及
将模袋拉应力达到弹性比例极限为失效准则，则抗冻胀能力提高约 47.1%，负温抵抗能力提高约
30%；同时破坏后的混凝土会自行分缝，释放应力，缓解破坏。
本文对三种渠道形式进行冻胀破坏数值分析，得到了一种冻胀适应性非常优良的护岸衬砌结
构，即卵砾石护底的模袋混凝土护岸的河渠结构。这种结构可以较好地应用于我国北方河流、湖
泊 以 及 地 下 水 位 较 高 的 灌 排 渠 道 护 岸 工 程 中 ， 但 是 对 于 深 埋 地 下 水 河 渠 的 适 用 性 还 有 待 进 一 步
研究。

参 考 文 献：

［ 1 ］ 邓铭江，黄强，畅建霞，等 . 大尺度生态调度研究与实践［J］. 水利学报，2020，51（7）：757-773 .
［ 2 ］ 黄克亮，罗丽云 . 以生态文明理念推进美丽乡村建设［J］. 探求，2013（3）：5-12 .
［ 3 ］ 杨卫，张利平，李宗礼，等 . 基于水环境改善的城市湖泊群河湖连通方案研究［J］. 地理学报，2018，73
（1）：115-128 .
［ 4 ］ 周维生 . 纤维模袋混凝土护坡及其应用［J］. 水运工程，1988（2）：44-50 .
［ 5 ］ 方 建 银 ，潘 优 ，党 发 宁 ，等 . 季 节 性 寒 区 高 地 下 水 位 渠 道 衬 砌 形 式 试 验 研 究［J］. 西 安 理 工 大 学 学 报 ，

2021，37（3）：433-440 .
［ 6 ］ 肖旻，王正中，刘铨鸿，等 . 考虑地下水位影响的现浇混凝土梯形渠道冻胀破坏力学分析［J］. 农业工程学
报，2017，33（11）：91-97 .
［ 7 ］ 石娇，王正中，张丰丽，等 . 高地下水位弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀断裂破坏力学模型及应用［J］. 西北
农林科技大学学报（自然科学版），2015，43（1）：213-219 .
［ 8 ］ GUO F，LI G，CHENG M . An analysis of the influences of groundwater level changes on the frost heave and me⁃
chanical properties of trapezoidal channels［J］. Water Policy，2020，22（6）：1163-1181 .
［ 9 ］ 陈 立 杰 ，王 正 中 ，刘 旭 东 ，等 . 高 地 下 水 位 灌 排 渠 道 衬 砌 结 构 抗 冻 胀 数 值 模 拟［J］. 长 江 科 学 院 院 报 ，

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