水资源短缺已严重影响到宁夏社会经济的可持续性发展,加之用水结构分布不合理,水资源浪费严重,致使宁夏水资源供需矛盾更为尖锐。为实现“十二五”末全区灌溉水有效利用率达到0.5以上的目标要求,宁夏的高标准农田建设项目范围迅速扩大,农田水利建设步伐明显加快,灌区输配水渠道防渗衬砌率逐步提高。根据实地调研,宁夏各灌区渠道绝大部分采取混凝土结构进行防渗衬砌。其中斗、农级渠系采取小型U形混凝土衬砌结构者居多,主要衬砌结构形式有整体式U形、两拼式U形和多拼式U形。由于宁夏地处季节性冻土区,渠道衬砌结构在越冬过程中冻胀破坏现象十分突出。然而,当前大量的渠道衬砌结构的冻胀问题的研究成果主要集中于大中型骨干渠道上,这些成果并不完全适合断面尺寸较小、阶段性过水的小型U形渠道。本文通过现场原位观测试验及理论分析,对宁夏各灌区分布广泛的小型U形渠道混凝土衬砌结构的冻融变形及破坏特征等问题展开研究,最后根据试验数据及调研结果,探索性提出预制装配式渡槽型农渠设计方法。本文的主要结论有：(1)小型U形渠道混凝土衬砌结构整体抗冻胀性能较高,且U形渠道断面尺寸越小,衬砌结构分缝越少,其冻胀变形越小,冻胀位移分布越均匀连续。衬砌结构阳坡冻胀位移大于阴坡的,向阴坡偏转趋势显著。同时,衬砌结构冻胀位移与刚性连接缝及错缝的位置有较密切关联。(2)冻融期内,渠基土的水分重分布特征明显。融化后土壤含水率小于冻结前的土壤含水率,且含水率分布比冻结前的要均匀。(3)板下地温与渠基土之间无显著的相关性,地温短时骤变对冻深的影响不大。但冻深受极值负积温的影响很大。(4)冻融循环期内,板下地温值与气温变化、观测深度、观测时段均有关。板下30cm以下深度,地温值受极值负积温积累影响较大,不同深度处的地温值与极值负积温之间的关系有明显的区别；且地温与冻融历时时间呈较好的二次函数关系。在此深度范围内,上午9点左右观测时,阳坡地温值低于阴坡；下午2点观测时,阳坡地温值高于阴坡。板下30cm深度范围内,地温与均温之间不存在较显著的相关关系。依据所绘制的地温变化特征曲线可知,在衬砌板下30cm深度附近存在准恒地温层。同时板下地温值受渠基土含水率、渠道断面尺寸影响显著。(5)小型U形渠道混凝土衬砌结构冻胀变形观测结果显示,既有横向冻胀位移,又有纵向冻胀变形。衬砌结构的分缝数目越少,整体性抗冻胀能力越强。整理了两年的监测数据并进行相关分析后认为,衬砌结构冻胀位移与极值负积温、地温及渠基土冻深之间存在显著地多元线性相关性。(6)本文提出的预制装配式渡槽型农渠作为一种新型末级渠系设计方法是合理的,满足工程建设的经济技术要求。