DESIGN AND TYPE SELECTION OF CONCRETE‐LINED SMALL CANALS IN CUT AND EXPANSIVE SOIL IN COLD REGIONS

In cold regions, deformation because of frost heave in the soil seriously damages the concrete lining of canals, which results in seepage loss and high maintenance costs. Cross‐sectional canal shapes with low‐stress concrete lining are an important aspect of small canal design. Round‐bottom triangular, parabolic and catenary sections are curved and therefore regarded as likely to perform well in conditions in which frost heave occurs. This study provides an objective answer to the question of which section would perform well in frost heave conditions with as large as possible water conveyance efficiency. The design process of small canals was simplified first, and the result shows savings in the land area required for canals. Then, based on two principles, the hydraulic radius and performance of three sections in resisting frost heave damage were compared. In regions without frost heave, the round‐bottom triangular section is better because it has the largest hydraulic radius and design flexibility. In cold regions, if width to depth ratio or depth is a principal constraint, a parabolic (wide section) or catenary (narrow section) is better for big side slopes and curved structures. If side slope (horizontal to vertical) is the principal constraint, the round‐bottom triangular is better. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé Dans les régions froides, la déformation due au soulèvement lié au gel du sol endommage gravement le revêtement en béton du canal, ce qui entraîne une perte de suintement et des coûts de maintenance élevés. Les formes en coupe de canal avec revêtement en béton à faible contrainte constituent un aspect important de la conception d'un petit canal. Les sections triangulaires, paraboliques et caténaires à fond arrondi sont courbes et sont donc considérées comme susceptibles de bien fonctionner dans des conditions de soulèvement provoquées par le gel. Cette étude fournit une réponse objective à la question de savoir quelle section serait performante dans des conditions de soulèvement par le gel avec une efficacité d'alimentation en eau aussi grande que possible. Le processus de conception des petits canaux a d'abord été simplifié et le résultat montre des économies de surface foncière nécessaires pour les canaux. Ensuite, sur la base de deux principes, nous avons comparé le rayon hydraulique et les performances de trois sections en matière de résistance au soulèvement dû au gel. Dans les régions sans soulèvement dû au gel, la section triangu