寒区弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的尺寸效应研究

为探明地下水埋深、冻深及渠深对冻土地基上弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的影响规律，依据毛细理论将渠道冻胀分为封闭系统、半开放系统和开放系统；基于冻土水热力三场耦合理论，利用多场耦合软件COMSOL Mul-tiphysics模拟研究了30组不同尺寸衬砌渠道的冻胀位移场和应力场。结果表明：规范建议的衬砌厚度内，渠道规模越大越窄深、冻深越大、地下水埋深越浅，则衬砌渠道冻胀破坏越严重。封闭系统，中小型衬砌渠道为渠底中心下表面拉裂，大型渠道为渠底中心下表面和距渠顶2/3坡长处上表面拉裂；半开放系统，中小型渠道为渠底中心上表面拉裂，大型渠道为渠底中心上表面和坡脚下表面拉裂；开放系统，小型渠道为渠底中心上表面拉裂，中型渠道为坡脚上表面拉裂，大型渠道为渠底中心下表面和距渠顶2/3坡长处上表面拉裂。该研究揭示了渠道衬砌冻胀破坏的尺寸效应，对弧底梯形衬砌渠道抗冻胀设计及衬砌结构合理设缝具有指导意义和定量化参考