Page 35 - 水利学报2021年第52卷第1期

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3 裂缝位置开裂 3 裂缝位置开裂
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（a） 有条件联合承载 （b） 完全联合承载
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图 14 衬砌裂缝内部水压力演化特征（3 裂缝位置）

（a） 内聚单元 （有条件联合承载） （b） *tie 约束 （完全联合承载）
图 15 缝隙内部水体流动特征

如图 15（a）所示。而采用*tie 约束时，即完全
联合承载条件下，由于衬砌与围岩始终紧贴，
y
因此仅能通过衬砌裂缝将水压力传递至衬砌外
x
壁，而不能起到沿衬砌环向传递水压力的作
用，缝内水体流动特征详见图 15（b）。
衬砌-围岩交界面间隙内部的水体流动特
征 将 直 接 影 响 衬 砌 外 水 压 力 的 分 布 情 况 ，
0.81 MPa 内压作用下，衬砌外水压力分布特征
详见图 16。可以发现，有条件联合承载条件
下 ， 尽 管 只 存 在 2 条 裂 缝（位 于 90°、 270°位
置）， 由 于 衬 砌 裂 缝 将 水 压 力 传 递 至 衬 砌 外
环向位置/（°）
壁，进而通过交界面间隙沿衬砌环向传递水压
图 16 衬砌外水压力分布特征
力，使得衬砌外水压力分布已经较为均匀，量
值基本在 0.73 MPa 左右，衬砌环向仅在 0°（360°）、180°位置量值稍低，原因在于此处交界面间隙开
度较小，过流能力有限。而完全联合承载条件下，由于水压力不能沿衬砌环向向外传递，衬砌外水
压力分布近似于锯齿状，裂缝位置外水压力达 0.798 MPa，而在未开裂区域衬砌外水压力最小值仅为
0.677 MPa，两者差异较为明显。

6 结论

本文引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝与衬砌-围岩交界面，结合渗流-应力间接
耦合方法开展了钢筋混凝土衬砌水压致裂的模拟分析工作，通过计算分析，可以得到如下结论：（1）
本文所提出的水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法可以反映衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面间隙的位

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