Uncoordinated Deformation Characteristics of Heightened Canals under Wet‑dry‑freeze‑thaw Coupling Cycles

GUO Wanli; SHEN Xin; ZHAO Yuchen; HUANG Han

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250430049

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Uncoordinated Deformation Characteristics of Heightened Canals under Wet‑dry‑freeze‑thaw Coupling Cycles

更新时间：2026-01-07

- Uncoordinated Deformation Characteristics of Heightened Canals under Wet‑dry‑freeze‑thaw Coupling Cycles
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 6, Pages: 1444-1454(2025)
- 作者机构：
  
  南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏南京 210024
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250430049
  CLC： TU443
- Received：30 April 2025，
  
  Revised：2025-09-16，
  
  Published：28 December 2025
- 稿件说明：
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郭万里,沈鑫,赵宇宸等.湿干冻融耦合循环下加高渠道不协调变形特性[J].防灾减灾工程学报,2025,45(06):1444-1454.

GUO Wanli,SHEN Xin,ZHAO Yuchen,et al.Uncoordinated Deformation Characteristics of Heightened Canals under Wet‑dry‑freeze‑thaw Coupling Cycles[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(06):1444-1454.
郭万里,沈鑫,赵宇宸等.湿干冻融耦合循环下加高渠道不协调变形特性[J].防灾减灾工程学报,2025,45(06):1444-1454. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250430049.

GUO Wanli,SHEN Xin,ZHAO Yuchen,et al.Uncoordinated Deformation Characteristics of Heightened Canals under Wet‑dry‑freeze‑thaw Coupling Cycles[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(06):1444-1454. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250430049.

摘要

根据高寒区渠道季节性供水和温度周期性变化的特点，以一年为一个周期，可以将渠道的外部条件简化为“湿干冻融”耦合循环。利用考虑水‑热耦合及土体损伤的冻胀模型，对高寒区加高渠道在“湿干冻融”耦合循环作用下的变形过程进行了有限元模拟，并重点针对新老渠坡的不协调变形特性进行了分析。结果表明，湿干冻融耦合循环下加高渠道的不协调变形区域集中在加高分界面附近，主要来源于“冻”和“融”阶段中产生的渠坡冻胀和融沉变形不协调；随着“湿干冻融”循环次数的增加，渠坡渗漏点以下的饱和区域逐渐加深、扩大，渠顶土体饱和度降低，会导致渠顶与渠坡间的冻胀不协调加剧。渠坡的不协调变形使得渠道土体与衬砌之间产生了漏空区域，根据漏空区域的特点，可以将高寒区加高渠道不协调变形形态分为“加高层漏空”、“结合面漏空”和“渠坡衬砌鼓胀+加高层漏空”这三种典型形态。在进行高寒区加高渠道不协调变形分析时，建议以渠坡顶点、加高分界点、渠坡中点以及渠坡渗漏点为变形控制点，在此基础上进行加高渠道漏空形态和最大漏空变形的分析。

Abstract

According to the characteristics of seasonal water supply and periodic temperature variations of canals in alpine regions

the external conditions of canals can be simplified as wet-dry-freeze-thaw coupling cycles by taking one year as a full cycle. A frost-heave model considering water-heat coupling and soil damage was employed to simulate the deformation process of heightened canals in alpine regions under wet-dry-freeze-thaw coupling cycles using the finite element method

with particular emphasis on the uncoordinated deformation characteristics between the new and old canal slopes. The results showed that uncoordinated deformation zones of the heightened canal under the wet-dry-freeze-thaw coupling cycles were concentrated near the heightening interface

mainly resulting from the uncoordinated frost-heave and thaw-settlement deformations of the canal slope during the freezing and thawing stages. With increasing wet-dry-freeze-thaw cycles

the saturated area below the seepage point of the canal slope gradually deepened and expanded

while the saturation of the canal top soil decreased

which intensified the uncoordinated frost heave between the canal top and slope. The uncoordinated deformation of the canal slope led to the formation of voids between the canal soil and lining. Based on the characteristics of these voids

the uncoordinated deformation patterns of heightened canals in alpine regions can be divided into three typical types: voids in the heightening layer

voids at the interface

and slope-lining bulging accompanied by voids in the heightening layer. When analyzing the uncoordinated deformation of the heightened canal in the alpine regions

it is recommended to adopt four points—the slope crest

the heightening interface

the slope midpoint

and the seepage point—as deformation control points

on the basis of which the void configuration and maximum void deformation of the heightened canal can be assessed.

关键词

Keywords

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