Page 241 - 水利水电工程施工管理概论

第八章 水利水电工程渠道防冻胀研究

果等。渠道冻融破坏是由基土水 - 热 - 力耦合冻胀及其与衬砌相互作用所致，基
土的冻胀受温度梯度、冻结速率、初始含水和地下水的共同制约。干冻期，渠道
基土内的水分在毛细作用和温度梯度作用下迁移集聚于冻结深度范围内并分凝成
冰，使基土产生冻胀，最大变形常发生在 1/4~1/3 渠坡位置和渠底中心处；同时

基土与衬砌间通过冻结的冰层来传递冻结力和冻胀力，二者不协调变形作用下可
能产生衬砌与土体的脱空和衬砌的偏心受拉，导致冻胀破坏，产生裂缝；融湿期，
基土内的冰层融化产生融沉，基土强度降低，基土与衬砌间冰层融化，可能导致
基土与衬砌脱离滑塌或整体滑坡现象。同时渠道内行水位下的水分沿着衬砌板裂

缝渗漏到基土内，增加了基土的含水率，这会导致在干冻期的基土冻胀现象加剧，
渠道冻胀破坏严重，进一步引发融湿期渠道的渗漏加剧，二者恶性循环往复，这
是渠道冻融破坏的机理。
基于渠道冻胀破坏机理的防冻胀措施效果验证方面，Li 等分别研究了土工

袋换填、铰接式浅隙排水膜袋、保温板等措施，为寒区渠道防冻胀设计提供指导。
然而，室内模型试验相似律不够完备，无法反映出渠道冻胀过程中水、热、力等
因素的尺寸效应和时间效应。另一方面，学者结合土工离心模型试验设备与低温
模拟系统开发了低温离心模型试验系统，进行了渠道冻融过程的离心试验，效果

较好，但仍存在传统对流降温方式慢、分凝冰演化过程及水分迁移的相似理论和
传感器的尺寸效应等问题。
需要强调的是，旱寒区渠道渠水渗漏蒸发强烈，伴随产生严重的土壤盐碱化，
目前已对含盐冻土的强度变形特性、水盐迁移规律进行了大量研究，但渠道盐冻

胀破坏机理研究较少；同时渠坡的冻融滑塌和冬季输水渠道破坏机理亦不清晰，
有待研究。

二、渠道防渗抗冻胀技术与措施研究进展

寒区渠道冻胀破坏是由“温 - 水 - 土 - 结构”相互作用所致，需从这 4 个因
素着手来回避、适应、削减或消除冻胀，保障渠道安全。目前已进行了较多渠道
防渗抗冻胀措施的探索、论证、现场示范及工程应用，可总结为 4 类技术来简述
进展。

（一）渠道“保蓄温”技术
低温冻结是渠道冻胀破坏的首要原因，“保蓄温”技术是渠道防冻胀的有效

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