在我国北方地区水资源不均匀及其短缺问题极为突出,为了应对日益凸显的水资源问题—国家农业部提出了节水灌溉和水资源调节水资源的进行合理调配的战略计划。即通过渠系系统将水资源相对丰富的地区的水输送到相对于水资源严重匮乏的北方地区,从而一定程度上缓解了西北地区的缺水状况。但处在我国北方季节性冻土地区渠道,由于冬冻和春融的作用渠道的衬砌结构容易遭受破坏,造成大量的水资源的浪费以及土地盐泽化,影响了渠道管理正常运行,增加了渠道维修经济成本。目前在渠道上采用衬砌保温板来削弱渠道的冻胀,利用保温板的保温性能好和导热系数小能够有效的改善渠道衬砌结构冻胀破坏,但在实际工程中在采用保温板作为渠道衬砌结构,仍然有部分渠道的衬砌结构出现隆起现象。究其原因,未能够充分考虑渠系水渗漏对保温板的影响和地下水对保温板的影响。本文主要研究渠道衬砌材料保温性能下降的原因,同时针对地下水较高且难以排除渠段,采用衬砌保温板难以满足渠道的防冻胀要求,进而提出了一种新思路——精准加热保温防渗防冻胀渠道,对容易发生冻胀破坏渠道的破坏面进行一定的热补偿,使渠道的渠基土不发生冻胀变形,从而阻止衬砌结构免遭受冻胀破坏。所研究方向和成果包括以下几个方面:(1)研究渠道冻胀概况,阐述毛细理论、第二冻胀理论、分凝冻结等冻胀机制理论,分析了各种因素对渠道冻胀破坏的影响。(2)研究新型保温材料在冻结和非冻结的两种情况下,保温材料的有效导热系数与含水量的变化。研究表明,随着保温板内的水分的增加,保温板的有效导热系数不断增加,保温性能降低。当含湿保温在冻结的状态下,其保温板的有效导热系数相比较在干燥状态下的有效导热系数增加了5倍。(3)精准加热防渗防冻胀渠道是将输水灌溉渠道中相互关联的冻和渗问题结合起来,采用加热和保温板防止冻胀,利用加热保温板的自身防渗层进行渠道防渗,并通过渠基土内的温控器测量温度的变化,给予渠基土一定的热量补偿,阻止了渠基土的冻结和水分的迁移,从而预防冻胀破坏。(4)以景泰电力提灌二期工程的主干渠为研究对象依托ANSYS软件平台对精准加热防冻防渗渠道进行数据模拟,渠道冻胀方面在应力场、温度场进行实体的建模分析。采用精准加热保温防冻防渗渠道,当渠道发生冻胀时给与渠道一定的热补偿能够阻止渠道的冻胀,渠道的最大冻胀量渠底和渠坡面的的位置的冻胀减小,渠基底的冻胀量减小了46%,防冻胀效果显著。