Page 33 - 水利学报2021年第52卷第1期

3 # 3 # 3 #
4 # # 4 # 4 #
2 2 # 2 #
损伤 损伤
损伤
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5 5 # 5 #
1 # 1 # 1 #

6 # # 6 # 6 # #
8 8 # 8
y y y
z x 7 # x 7 # x 7 #
z z
（a） 0.448MPa 内水压力 （b） 0.46MPa 内水压力 （c） 0.505MPa 内水压力
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3 3 3
4 # # 4 # 4 #
2 2 # 2 #
损伤 损伤 损伤
5 # 5 # 5 #
# 1 # #
1 1

6 # 8 # 6 # 8 # 6 # 8 #
y # y 7 # y #
z x 7 z x z x 7

（d） 0.575MPa 内水压力 （e） 0.595MPa 内水压力 （f） 0.81MPa 内水压力
图 11 衬砌开裂特征（完全联合承载情况）
表 2 衬砌开裂特征对比

衬砌-围岩交界面 内聚区域初始损伤 衬砌开裂内聚区域编号及对应内水压力/MPa 裂缝
模拟方式 对应内水压力/MPa 3 和 7 # 1 和 5 # 4 和 8 # 2 和 6 # 数量
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内聚单元 0.448 0.46 2
*tie 约束 0.448 0.46 0.505 0.575 0.595 8
表 3 水工隧洞充水试验结果 ［27］ 与本文计算结果对比

试验工程 本文（承载方式）
试验参数
渔子溪 渔子溪 湖南镇 西洱河 察尔森 广蓄一期 有条件 完全
围岩模量/GPa 5 3.0~3.6 11~16 8.1 1.5~5.0 30 8 8
试验洞长/m 15 14 35 33.7 28 34 10 10
衬砌内径/m 2.5 2.5 4 2.4 3 4.0 4.2 4.2
衬砌厚度/m 0.5~0.6 0.1~0.15 0.2 0.12 0.1 0.5 0.8 0.8
最大内压力/MPa 1.2 0.78 1.365 0.57 0.5 5.9 0.81 0.81
裂缝数量 2 3 1 1 1 2 2 8

明本文所提出的衬砌水压致裂算法可以较为真实地反映衬砌开裂规律，可以为工程实践提供参考。
5.2 衬砌裂缝宽度演化特征对比 以 3 裂缝位置为特征部位分析衬砌裂缝宽度演化特征，详见图 12
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（ r 为到隧洞中心的距离）。从图 12 可以发现，衬砌裂缝促发与扩展过程均在 0.46 MPa 内压下发生，
两者短暂且密不可分。实际工程中，衬砌在荷载作用下产生微裂缝后，洞内压力水流的渗入将直接
作用于裂缝的上下表面，造成裂缝端部的局部拉应力增大进而导致裂缝的进一步扩展，同时相对于
隧洞洞径而言，衬砌厚度通常较为有限，且钢筋在混凝土开裂瞬间应力水平较低，不能有效遏制裂
缝的扩展，因而水工隧洞充水运行过程中衬砌一旦开裂将迅速裂穿 ［30］ 。这一工程特性与本文计算结
果所表现的开裂特征是相一致的。3 裂缝出现后，两种情况下裂缝宽度演化特征存在明显差异，主要
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