在前人对膨胀岩各种特性进行大量室内及野外原位试验的基础上,本文以南水北调中线工程总干渠第Ⅳ渠段新乡潞王坟试验段典型渠段为研究对象,以考虑膨胀岩渠坡大气边界的温度场、渗流场耦合VADOSE/W二维数值计算为手段,着重研究渠坡在裸露和不同防护方案下对大气边界的响应规律,对比得出排水材料护坡为经济合理的防护方案。简述本文主要工作如下:1、在对膨胀岩野外现场裂隙统计描述的基础上,进行了裂隙发育等级的划分。结合现场试验段膨胀岩观察窗中裂隙发育情况,进一步定性分析了大气营力下裂隙的发育规律及对膨胀岩渠坡稳定的危害,得出以控制膨胀岩含水量来抑制其裂隙发育的防护思路。2、在室内试验有限的数据基础上,采用VG等数学模型,得出膨胀岩的土水特征曲线(SWCC)及非饱和渗透系数同基质吸力的关系曲线,为后续计算提供参数。3、详细介绍了热湿耦合数学模型的控制方程、边界条件以及计算参数的赋值情况。并结合一维膨胀岩土柱对大气边界的响应进行了计算分析,得出简化条件下气候对膨胀岩温度场、渗流场的影响规律。4、对典型渠段膨胀岩裸坡进行二维热湿耦合计算,并同现场监测结果进行对比分析,得出裸坡在大气边界下内部温度场、渗流场的变化规律。5、分别对排水和防渗护坡方案进行热湿耦合计算,对比不同防护方案下渠坡内部温度场、渗流场对大气边界的响应特征,验证了排水护坡方案可有效使膨胀岩渠坡不同埋深处的体积含水量在较小范围内波动,从而控制其裂隙的不断发育,保证渠坡长期稳定运行,证明了排水护坡方案的合理性。