辽宁省大型灌区的诸多渠道冻害问题,绝大部分是由于季节性冻土的冻胀所造成的。深入了解严寒地区冻土的冻胀破坏机理,并建立冻胀破坏的数值模型,进行冻土冻结过程中水热力耦合机理及其理论应用研究,将会对辽宁省大型灌区建设提供参考,同时,对灌区的冻害防治也具有十分重要的指导意义。到目前为止,冻土水热力三场耦合模型已经较为成熟,很多研究者也已建立了许多针对原型衬砌渠道的数值模型,但是对室内冻胀渠基土的数值模拟则相对研究较少。因此,为了进一步认识渠基土冻胀的影响,本文使用了有限单元法以及ANSYS有限元软件,进行了有限元分析,在建立自上而下单向冻结的室内冻胀渠基土数值模型方面开展了以下工作:(1)介绍了利用有限单元法及有限元软件进行渠基土室内冻胀数值模拟计算的分析步骤,同时分析了影响土体冻胀的热力学参数,给出了在有地下水补给和无地下水补给两种不同情况下各热力学参数的选取及计算方法,为之后建立渠基土室内冻胀数值模型及参数选取提供了依据。(2)针对有地下水补给,已完成室内冻胀试验的浑沙灌区渠基土,建立了以渠基土为对象的数值模型,对建立的渠基土有限元模型进行分析计算,计算得到其温度场和位移场云图,从结果得出,模拟分析出的冻胀量计算结果和试验实测数据误差是1.52%,计算结果满足精度要求,表明该分析方法能较好的模拟渠基土的冻胀情况,可以进一步的加以研究。(3)对无地下水补给的开原灌区渠基土进行了数值模拟分析,取无地下水补给的开原灌区渠基土,进行常规土工试验,得到了土质、密度、含水率等,进而得到了开原灌区渠基土的热力学参数,之后进行数值模拟分析和室内冻胀验证试验。数值模拟分析出的冻胀量结果和室内冻胀验证试验所得出的冻胀量结果相差0.243,误差是3.5%,误差较小,满足精度要求,进一步完善了以渠基土为研究对象的数值模拟分析方法。通过分别对有地下水补给和无地下水补给的灌区渠基土进行数值模拟,验证了以渠基土为研究对象,建立数值模型去分析其冻胀规律的可靠性。(4)通过对采用0cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm厚度聚苯乙烯保温板的开原灌区冻胀渠道进行热稳态分析计算,得出10cm苯板结构与11cm、12cm苯板结构的冻胀量变化差别不大,三者的保温效果相差也较小。同时考虑到施工难度和造价问题,开原灌区在施工设计时,可以选择10cm苯板设计结构,即可以有效的减少冻胀破坏的影响,又可以节约较多的工程资金投入,以此给混凝土衬砌渠道设计和施工提供参考。