混凝土衬砌板保护渠道避免渗透,在冬季渠床基土受负温影响发生冻胀,坍塌破坏从而造成渠道结构失稳。为探究渠道冻胀破坏特性,分别制作混凝土、渠床基土和衬砌结构试件,通过室内冻结试验监测混凝土衬砌渠道温度变化和冻胀量变化趋势,分析渠道混凝土衬砌与渠床基土两材料相互接触界面的温度与冻胀变化对衬砌结构整体的影响。为研究不同含水率基土在冻结作用下对渠道冻胀破坏的规律,进行不同含水率的的衬砌结构及其上下组成材料的冻结试验。同时结合位于内蒙古河套灌区的室外冻结试验,对比分析不同骨料的衬砌结构在冻结环境下对渠床基土的保温能力,得出渠道冻胀规律。研究结果表明界面是破坏渠道衬砌的重要因素,有效控制界面变形可以改善渠道冻胀变化。研究主要成果有:(1)通过室内开放系统下冻结试验研究发现:衬砌冻胀过程中温度变化可分为四个阶段,分别是缓慢冻缩阶段、快速冻胀阶段、缓慢冻胀阶段,平稳冻胀阶段。界面温度变化时程曲线呈对数函数变化,温度达到-4℃时,与混凝土和基土温度之间的温差达到最大。普通混凝土较浮石混凝土冻胀量变化范围大。(2)通过不同含水率的的衬砌结构及其上下组成材料的冻结试验发现:冻结初期基土含水率越高衬砌中温度下降越快,冷端温度稳定后下降速度减缓。衬砌结构中基土冻胀率远大于混凝土,高含水率基土衬砌结构的界面冻胀率较大。(3)通过超景深和电镜扫描的微观试验发现:基土上部界面,随基土含水率增大而变形加剧,界面变形破坏引发基土破坏从而使结构失稳。电镜发现浮石多孔结构加强水泥砂浆贴合,冻结使其内部裂隙较小,延长了浮石混凝土衬砌板的破坏时间。(4)通过内蒙古河套灌区的室外冻结试验发现:浮石混凝土较普通混凝土对基土的保温能力更好,浮石骨料的掺入减缓了负温下降的趋势。界面上温度的传递作用可以影响负温对下层基土的作用,减缓界面温度传递可对下层基土进行保护。