高寒區(qū)供水渠道凍害機(jī)理分析及防治措施研究

楊繼華，路新景，趙順利

(黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，水資源不平衡的矛盾日益突出，為解決部分地區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活方面的缺水問(wèn)題，國(guó)家及地方興建了大批了引調(diào)水工程，如南水北調(diào)中線(xiàn)工程、甘肅的引洮工程、新疆的引額濟(jì)克等。引調(diào)水工程的輸水建筑物一般有隧洞、管道、渠道等，其中渠道以輸水效率高、施工成本低、便于維護(hù)等的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

我國(guó)的西北、東北、華北等高寒地區(qū)，冬季氣溫低，具有發(fā)生凍害現(xiàn)象的氣象條件，渠道工程的凍害現(xiàn)象普遍發(fā)生。河北省2000年對(duì)邯鄲市民有灌區(qū)、邢臺(tái)市臨城灌區(qū)、石津灌區(qū)、唐河灌區(qū)、沙河灌區(qū)等多個(gè)灌區(qū)的渠道進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)未采取防滲措施的渠道多發(fā)生了現(xiàn)澆混凝土襯砌裂縫、坡面采用預(yù)制混凝土襯砌的出現(xiàn)下滑、錯(cuò)位、鼓脹及板塊斷裂等病害[1]。張曉輝等[2]對(duì)青海省近500 km的渠道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，渠道襯砌中的50%～60%受到了凍害破壞，需要投入大量的費(fèi)用進(jìn)行維修。鄭鑫等[3]對(duì)黑龍江查哈陽(yáng)的大型灌區(qū)的90余座不同規(guī)模的渠道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)渠道不同程度的凍脹破壞，破壞率達(dá)到了83%，嚴(yán)重影響了工程效益的發(fā)揮。新疆境內(nèi)南疆岳普縣的葉爾羌河灌區(qū)躍進(jìn)渠，襯砌型式為現(xiàn)澆混凝土板，渠道底部?jī)雒浟孔畲筮_(dá)到7.8 cm，襯砌難以適應(yīng)變形，導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起了襯砌斷裂或襯砌板隆起[4]。

渠道的凍害影響了輸水效率、增加了維護(hù)成本，縮短了工程壽命，往往造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究高寒地區(qū)輸水渠道的凍害機(jī)理，并采取防凍害措施，對(duì)高寒區(qū)具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要回顧了高寒區(qū)的渠道凍害的研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)的研究方向提出建議。

1 高寒區(qū)渠道凍害機(jī)理

1.1 渠道凍害現(xiàn)象

當(dāng)渠道防滲效果不好時(shí)，渠中水會(huì)滲入渠基土體中，造成渠基土含水量增高或處于飽和狀態(tài)。眾所周知，水的密度為1.00 g/cm3，而冰的密度為0.92 g/cm3，如果氣溫降低至使渠基土水混合物凍結(jié)時(shí)，就會(huì)發(fā)生體積膨脹，這種現(xiàn)象稱(chēng)為土的凍脹。如果渠基土表面沒(méi)有約束，則凍脹后地面后會(huì)升高，通常把土體凍脹前和凍脹后地面的高差值稱(chēng)為凍脹量。渠道襯砌大多采用現(xiàn)澆混凝土襯砌或預(yù)制混凝土襯砌，一般認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)土體的凍脹產(chǎn)生一定的約束，從而導(dǎo)致凍脹的土體發(fā)生膨脹力，而混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度低，當(dāng)局部的膨脹發(fā)生應(yīng)力集中時(shí)，則易造成渠道的混凝土襯砌結(jié)構(gòu)破壞[5]，典型的凍脹破壞形式如圖1所示。

渠道混凝土襯砌的凍脹破壞主要有以下幾種形式：

(1)混凝土襯砌鼓脹與裂。 冬季渠道停止輸水時(shí)，渠道底部混凝土襯砌受渠基土凍脹作用發(fā)生鼓脹。冬季不停水運(yùn)行時(shí)，在渠道的順?biāo)鞣较颥F(xiàn)澆混凝土襯砌的坡腳以上1/4至3/4的位置出現(xiàn)凍脹裂縫。

(2)渠道滑坡。 渠道坡基的土體受所得凍脹的作用，土體抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)坡腳土體及襯砌的支撐作用受到破壞，渠坡土和襯砌失去平衡，嚴(yán)重時(shí)渠坡土體和襯砌發(fā)生滑坡，滑坡對(duì)渠道的安全運(yùn)行影響較大，有時(shí)會(huì)堵塞整個(gè)渠道，不得不停止運(yùn)行進(jìn)行維修。

(3)襯砌架空。 當(dāng)?shù)叵滤惠^高，受凍脹作用襯砌產(chǎn)生裂縫，如果渠道防滲措施不佳，渠中水及地下水會(huì)沿裂縫發(fā)生水流交換，導(dǎo)致渠基土的細(xì)顆粒物質(zhì)被帶出，造成襯砌后的空洞，這會(huì)進(jìn)一步加劇渠中水的滲漏。

(4)襯砌的整體抬升。 如果襯砌的整體性較好(如U型渠道)，受凍脹力的作用，會(huì)造成襯砌的整體抬升，改變了渠道的縱坡，造成渠道的輸水效率受的影響。

圖1 典型寒區(qū)渠道凍脹災(zāi)害

1.2 渠道凍害理論分析

理論分析一般根據(jù)渠道結(jié)構(gòu)及凍脹特征，建立渠道結(jié)構(gòu)與渠基土相互作用力學(xué)模型，對(duì)凍脹過(guò)程中的混凝土襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析、變形分析等，為渠道的設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。關(guān)于渠道的凍害的理論分析方面，較多的學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)問(wèn)題的研究，并得到了有價(jià)值的結(jié)論。

王正中[6]提出了渠道混凝土襯砌凍脹破壞的力學(xué)模型，采用了兩端簡(jiǎn)支梁模型作為渠坡混凝土襯砌板的計(jì)算簡(jiǎn)圖，此簡(jiǎn)支梁受到法向凍脹力、法向凍結(jié)力、切向凍結(jié)力及混凝土襯砌板約束力的共同作用，將混凝土襯砌板視為受壓變形及受彎變形的組合變形構(gòu)件，以此給出了渠坡及渠底混凝土襯砌板的內(nèi)力和最大拉應(yīng)力計(jì)算公式。

張茹[7]以大U形混凝土襯砌渠道為研究對(duì)象，在分析襯砌凍脹機(jī)理及破壞特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一定的假設(shè)，僅選取了最大凍結(jié)力這個(gè)變量參數(shù)，建立了大U形斷面非對(duì)稱(chēng)渠道凍脹破壞力學(xué)模型，從而求解出混凝土襯砌板的凍脹力，并根據(jù)混凝土襯砌板的抗裂條件，提出了襯砌的內(nèi)力、抗裂板厚度、脹裂部位等計(jì)算方法和公式。

張如意等[8]提出了渠道凍脹破壞的鏈?zhǔn)叫?yīng)的理論，以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，研究了渠道凍脹破壞系統(tǒng)的鏈?zhǔn)疥P(guān)系結(jié)構(gòu)，并建立了渠道凍脹破壞鏈?zhǔn)叫?yīng)模型。通過(guò)分析單個(gè)渠道凍融周期的土體的顆粒、成分、環(huán)境溫度、地溫變化規(guī)律及渠基土水分遷移規(guī)律等因素對(duì)渠道凍脹破壞的影響規(guī)律，提出了高寒區(qū)渠道凍脹破壞的斷鏈減災(zāi)方法。

肖旻等[9]認(rèn)為斷面大、渠坡長(zhǎng)度大的大型渠道的渠基土在凍脹時(shí)沿渠道坡長(zhǎng)方向切向凍脹及混凝土襯砌板的凍縮變形不能忽略，渠道襯砌板的破壞是兩者共同作用的結(jié)果，并結(jié)合凍土的Winkler彈性地基假設(shè)，考慮渠基土地凍脹變形的雙向凍脹差異，最終提出了一種開(kāi)放系統(tǒng)梯形渠道襯砌板法向和切向凍脹力的計(jì)算方法和襯砌內(nèi)力計(jì)算公式。

李爽等[10]針對(duì)渠道凍脹破壞采用線(xiàn)彈性分析時(shí)，將渠基的凍土和襯砌視為一個(gè)整體，難以考慮兩者之間相對(duì)滑移的問(wèn)題，采用了符合渠基凍土與襯砌結(jié)構(gòu)接觸面凍結(jié)特征的非線(xiàn)性本構(gòu)模型，以此來(lái)反映凍土和襯砌的相對(duì)滑移和脫離，通過(guò)對(duì)凍脹過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及變形場(chǎng)進(jìn)行分析，非線(xiàn)性模型更符合實(shí)際。

1.3 渠道凍害現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及模型試驗(yàn)

渠道凍害的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及模型試驗(yàn)一般以具體工程為背景，通過(guò)室內(nèi)的模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，更能反映真實(shí)的渠道凍脹破壞特征，可進(jìn)一步驗(yàn)證理論模型的正確性，并可以為采取防凍脹措施提供依據(jù)。

余書(shū)超等[11]針對(duì)渠道剛性襯砌受凍脹時(shí)的受力情況，采用渠長(zhǎng)250 mm、渠基土厚度60 mm的微型剛性渠段模型，進(jìn)行室內(nèi)的模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了渠基土受凍脹時(shí)含水量沿渠道橫斷面高度分布的規(guī)律，以及渠道受凍脹時(shí)渠坡剛性襯砌板的受力情況。

陳濤等[12]對(duì)陜西省寶雞峽塬下的北干渠長(zhǎng)60.6 m的大U形渠道進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)凍脹觀(guān)測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)分析襯砌氣溫、地溫、渠基土的含水率、凍深及混凝土襯砌凍脹變形等現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究了渠道混凝土襯砌的破壞時(shí)段、破壞位置的形成原因及分布規(guī)律，并提出了渠道防凍脹的建議措施。

姜海波等[13]以新疆阜康季節(jié)性?xún)鐾羺^(qū)某大型灌區(qū)剛?cè)峄旌弦r砌渠道為背景進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，渠道斷面為梯形，試驗(yàn)段長(zhǎng)度50 m，渠底寬4.0 m、渠深3.0 m，布置了地溫、凍深、凍脹應(yīng)力、凍脹變形多個(gè)測(cè)點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)成果，得出了剛?cè)峄旌弦r砌渠道的最低地溫、凍深、凍脹量與凍脹力等的變化規(guī)律，并研究了凍融條件下渠基土的的水分遷移規(guī)律及土工膜的變形和強(qiáng)度變化特征。

李存云等[14]對(duì)寧夏回族自治區(qū)各灌區(qū)廣泛分布的小型U形混凝土襯砌渠道的凍融變形及破壞特征進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)原位觀(guān)測(cè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小型U形混凝土襯砌結(jié)構(gòu)渠道的整體抗凍脹性較高，斷面尺寸越小、結(jié)構(gòu)分縫越少，渠道凍脹變形越小，凍脹位移分布均勻連續(xù)。

張永玲[15]對(duì)甘肅張掖大滿(mǎn)灌區(qū)混凝土襯砌渠道的陰坡的地溫、土體含水率及凍脹量進(jìn)行了定期監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凍融過(guò)程中地溫和氣溫的變化規(guī)律基本一致，隨著土體深度的增加地溫變幅減小，渠道凍脹量隨著氣溫的降低而增大，當(dāng)氣溫回升時(shí)，襯砌板的會(huì)出現(xiàn)不同程度的回落。

2 高寒區(qū)渠道凍害影響因素

2.1 渠基土凍脹分級(jí)

對(duì)渠基土進(jìn)行凍脹分級(jí)，可以對(duì)渠基土的凍脹性進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，從而有針對(duì)地進(jìn)行渠道抗凍脹設(shè)計(jì)和采取防凍脹措施。國(guó)內(nèi)外的研究與實(shí)踐表明，土體的凍脹性可用凍脹量hf表示，《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 23—2006)建議渠基土的凍脹量由式(1)計(jì)算[16]：

hf=hZf/Zd

(1)

式中：h為渠道工程所在地點(diǎn)天然凍土層的凍脹量,cm；hf為渠道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下凍土層產(chǎn)生的凍脹量,cm；Zf為渠道基礎(chǔ)下設(shè)計(jì)凍深,m；Zd為渠道工程地點(diǎn)的天然設(shè)計(jì)凍深,m。

基礎(chǔ)下設(shè)計(jì)凍深Zf指由計(jì)算點(diǎn)自底板底面算起的凍深，可按式(2)、式(3)及式(4)計(jì)算：

(2)

(3)

(4)

式中：Ri為渠道底板熱阻,m2·℃/W；R0為渠道設(shè)計(jì)熱阻,m2·℃/W；I0為渠道工程地質(zhì)點(diǎn)的凍結(jié)指數(shù),℃·d；δw為凍前底板上面水深,m；δc為渠道基礎(chǔ)板厚度,m；λc為渠道底板的熱導(dǎo)率,W/(m·℃)。

當(dāng)δc≤0.5 m時(shí)，可按式(5)進(jìn)行計(jì)算：

Zf=Zd-0.35δc-1.6δw(Zf≥0)

(5)

計(jì)算出凍脹量hf后，《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 23—2006)根據(jù)凍脹量hf進(jìn)行了土體凍脹性分級(jí)，分級(jí)結(jié)果如表1所示。

表1 地基土凍脹性分級(jí)

2.2 渠基土的土質(zhì)條件對(duì)凍脹的影響

渠基土的凍脹量與土的特征直接相關(guān)，一般情況下，土體的顆粒越大，則其凍脹性就越小，甚至可能不發(fā)生凍脹，當(dāng)土體主要由細(xì)顆粒組成時(shí)，則凍脹較大。黏土類(lèi)土發(fā)生凍結(jié)時(shí)，土中的水結(jié)冰發(fā)生體積膨脹，同時(shí)在滲透力的作用下，土中的水分會(huì)從未凍結(jié)的土中向凍結(jié)冰峰面轉(zhuǎn)移，最終在鋒面聚集產(chǎn)生結(jié)晶膨脹，這個(gè)過(guò)程是土體產(chǎn)生強(qiáng)烈凍脹的主要原因。如果凍結(jié)速度較慢，凍結(jié)峰面會(huì)在某一位置停留較長(zhǎng)時(shí)間，水中的水有足夠的時(shí)間向峰面轉(zhuǎn)移、聚集和凍結(jié)，最終形成較厚的冰體，這時(shí)土體會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的凍脹。如果凍結(jié)速度較快，土中的水分沒(méi)有足夠的時(shí)間向凍結(jié)峰面轉(zhuǎn)移，在原位置發(fā)生凍結(jié)，這時(shí)會(huì)形成整體結(jié)構(gòu)的凍土，凍脹作用就會(huì)較輕微。《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第五版)[17]對(duì)不同類(lèi)型顆粒成分及含水量等特征的土體的凍脹性進(jìn)行了分類(lèi)，見(jiàn)表2所示。

表2 季節(jié)凍土與季節(jié)融化層土的凍脹性分類(lèi)

注：1.wp為塑限含水量(%)，w為凍前天然含水量在凍層內(nèi)的平均值；2.鹽漬化凍土不在表列；3.塑性指數(shù)大于22時(shí)，凍脹性降低一級(jí)；4.小于0.005 mm粒徑含量>60%時(shí)，為不凍脹土；5.碎石類(lèi)土當(dāng)充填物大于全部質(zhì)量的40%時(shí)，其凍脹性按填充物土的類(lèi)別判定；6.隔水層指季節(jié)凍結(jié)層底部及以上的隔水層。

2.3 渠基土的水分條件對(duì)凍脹的影響

渠基土中的水分條件是渠道發(fā)生凍害的決定性影響因素。渠基土中的含水量如果超過(guò)土體起始凍脹所需要的含水量，當(dāng)環(huán)境溫度為零度以下時(shí)，土體會(huì)發(fā)生結(jié)冰進(jìn)而產(chǎn)生凍脹。有時(shí)雖然渠基土含水量較低，達(dá)不到起始凍脹含水量，但渠水或地表水滲入土體，也會(huì)發(fā)生凍脹，但這種情況的凍脹量會(huì)較小。最嚴(yán)重的情況是地下水位較高且有連續(xù)不斷的補(bǔ)給來(lái)源，地下水會(huì)一直向凍結(jié)峰面轉(zhuǎn)移發(fā)生凍結(jié)，此時(shí)產(chǎn)生的凍脹量較大，會(huì)對(duì)渠道造成嚴(yán)重的凍害。

2.4 渠基土的溫度條件對(duì)凍脹的影響

渠基土的溫度條件是發(fā)生的凍脹的外在條件，土體發(fā)生凍脹的必要條件是溫度為負(fù)溫且達(dá)到土體的起始凍結(jié)溫度，隨著溫度的進(jìn)一步降低土體即發(fā)生凍脹，當(dāng)溫度降低到停止凍脹溫度時(shí)土體會(huì)停止凍脹。起始凍結(jié)溫度、起始凍脹溫度及停止凍脹溫等溫度溫度特征征與土體顆粒組成、含水量等因素有直接的關(guān)系。黏性土的起始凍脹溫度比起始凍結(jié)溫度低約0.5～0.8 ℃，砂性土低約0.2～0.3 ℃，砂礫石類(lèi)土的起始凍脹溫度比起始凍結(jié)溫度基本相近。如果系統(tǒng)為封閉的，不同類(lèi)型土的停止凍脹溫度如下：黏土-8～-10 ℃，亞黏土-5～-7 ℃，亞砂土-3～-5 ℃，砂土約在-2 ℃。

渠道的走向?qū)囟扔幸欢ǖ挠绊?，?dāng)渠道為東西走向時(shí)，陽(yáng)面受的光照時(shí)間長(zhǎng)、光照強(qiáng)度大，地溫較陰面為高，因此陽(yáng)面的凍害一般較陰面輕。

渠道的不同部位的溫度也有所差別，渠道頂部的溫度一般低于中、下部，但渠頂土的含水量往往較低，因此凍脹量小，而渠道中下部由于含水量高，故凍脹量大，凍害較渠頂嚴(yán)重。

3 高寒區(qū)渠道抗凍害措施

渠道的凍脹主要受渠基土的土質(zhì)條件、渠基土的水分條件及溫度條件這三個(gè)主要因素的影響，因此采取防凍害措施時(shí)也是從這三個(gè)方面著手。

新生信息素質(zhì)教育是指新生在利用圖書(shū)館的資源和服務(wù)之前，圖書(shū)館通過(guò)開(kāi)展一些活動(dòng)或利用某些平臺(tái)全面了解圖書(shū)館、熟悉圖書(shū)館豐富的資源，指導(dǎo)其快速了解和學(xué)會(huì)如何利用圖書(shū)館資源的過(guò)程。

3.1 改善渠基土的土質(zhì)條件

當(dāng)渠基土具有較強(qiáng)的凍脹條件時(shí)，如果當(dāng)?shù)鼗蚋浇胸S富和適宜的非凍脹土?xí)r，可采用非凍脹性土置換渠基凍脹土，以消除或減弱渠基土的凍脹性。置換深度可按式(6)計(jì)算：

Zn=εZd-σ

(6)

式中:Zn為置換深度,m；ε為渠基置換比，可按表3取值；Zd為設(shè)計(jì)凍深,m；σ為防滲層厚度,m。

表3 渠基置換比

3.2 改善渠基土的地下水條件

地下水因素是渠基土凍脹的決定性因素，在渠道實(shí)施前的勘察設(shè)計(jì)工作中，渠道選線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡可能避開(kāi)地下水位較高的及土體凍脹性較強(qiáng)的地段。如果難以避開(kāi)高地下水位地段，則盡可能選擇填方渠基。填方渠基底部距離地下水位的距離應(yīng)符合式(7)的標(biāo)準(zhǔn)[18]：

Z>H+Dc

(7)

式中：Z為渠道底部至地下水位的距離，cm；H為渠道底部的凍深值，cm；Dc為地下水對(duì)凍脹無(wú)明顯影響的臨界深度，cm。

同時(shí)，渠道選線(xiàn)時(shí)還應(yīng)盡量遠(yuǎn)離地表水豐富的地段，如灌溉地塊、林帶或其它渠道，以減少對(duì)渠基土的水分補(bǔ)給。當(dāng)?shù)叵滤惠^高或渠基土含水量較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置排水系統(tǒng)，可按下列方法設(shè)置排水系統(tǒng)：

(1)當(dāng)凍結(jié)層或置換層以下不透水層或弱透水層厚度小于10 m時(shí)，在渠道底部每隔10～20 m設(shè)一眼盲井；

(2)當(dāng)渠基的凍結(jié)深度內(nèi)有排水出路時(shí)，在設(shè)計(jì)凍深底部設(shè)置縱、橫向暗排系統(tǒng)；

(3)冬季輸水的防滲渠道，當(dāng)渠道兩側(cè)有滲水補(bǔ)給渠基時(shí)，在最低水位以上設(shè)置反濾排水體，必要時(shí)設(shè)置逆止閥。排水口及逆止閥設(shè)在最代行水位處[19]。

3.3 改善渠基土的溫度條件

目前國(guó)內(nèi)外通常采用隔熱層，降低土體內(nèi)部與外界熱量的交換傳遞，使渠基土達(dá)不到起始凍結(jié)溫度，從而減輕凍脹現(xiàn)象的發(fā)生[8]。國(guó)外的隔熱保溫材料主要有聚苯乙烯泡沫塑料板[20]。對(duì)于重要的渠道工程保溫材料的厚度可按式(8)計(jì)算：

(8)

式中：δx為保溫材料厚度,m；R0為工程保溫基礎(chǔ)設(shè)計(jì)熱阻值,m2·℃/W；αw為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)；δc為基礎(chǔ)材料厚度,m；λx為保溫材料在自然狀態(tài)下的熱導(dǎo)率,W/(m·℃)；λc為基礎(chǔ)材料的熱導(dǎo)率,W/(m·℃)，可根據(jù)工程實(shí)際情況確定。

4 結(jié)論與展望

(1)高寒區(qū)的渠道的凍脹問(wèn)題廣泛存在，凍脹會(huì)造成渠道混凝土襯砌鼓脹與裂縫、渠道滑坡、襯砌架空、襯砌的整體抬升等凍害，影響了渠道的安全運(yùn)行，降低了渠道的輸水效率，增加了渠道的維護(hù)成本。

(2)關(guān)于渠道凍脹問(wèn)題目前的研究方法主要有理論分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及模型試驗(yàn)等幾種方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。渠基土與混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的凍脹實(shí)際上一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)-滲流場(chǎng)-溫度場(chǎng)多場(chǎng)耦合的過(guò)程，凍脹機(jī)理十分復(fù)雜，而目前的研究多考慮其中的某一個(gè)因素，難以體現(xiàn)多因素耦合作用。在將來(lái)的研究中，可考慮采用數(shù)值模擬、大型模型試驗(yàn)等方法進(jìn)行多因素耦合分析，深層次地研究?jī)雒洐C(jī)理及時(shí)各種防凍脹措施的有效性，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際，為高寒區(qū)的渠道防凍脹措施的采取提供依據(jù)。

(3)易凍脹的土質(zhì)、土中的水分及溫度及渠基土發(fā)生凍脹的基本條件，消除或削弱其中的一個(gè)條件即可避免凍脹的發(fā)生或減輕凍害程度。但目前在部分渠道的防凍脹設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮了三種條件，造成渠道成本增加。在將來(lái)的研究中，可根據(jù)渠道所處地段的條件，選擇一種主要因素進(jìn)行防凍脹設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)渠道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)應(yīng)研究新型的防凍脹技術(shù)、材料及設(shè)備并進(jìn)行工程應(yīng)用，進(jìn)一步降低渠道凍害。