Page 84 - 2025年第56卷第11期

4 试验结果与分析

4.1 首次充/排水试验
4.1.1 衬砌内外侧水压力变化过程 图 11 为首次充/排水过程中衬砌外侧水压力随内水压力的变化过
程线。由图可以看出，在充水初期，内水压力在逐级升高时，外侧水压力始终保持为零，表明此时衬
砌尚未开裂；当内水压力升高至 1.1 MPa 时，衬砌外侧水压力开始迅速升高，表明此时衬砌发生开裂，
并且随着稳压时间的增加，外侧水压力逐渐趋近于内水压力，两者逐步达到平衡。在随后的充排水阶
段，由于衬砌内外水连通，两者随着充水压力的升高或降低同步升降，且两者差值相对较小。这一规
律与仙游和天荒坪水电站充排水过程中所呈现出的规律相一致。需说明，衬砌开裂后，P2 渗压计水压
力值升高速度较其他测点缓慢，主要原因可能是由于在模型浇筑过程中，该渗压计的透水石部分被水
泥浆液堵塞，导致过水不通畅使得压力升高缓慢。但 P2 渗压计水压力的变化规律与其他测点是一
致的。
4.1.2 衬砌与围岩受力变化过程 图 12 为首次充/排水过程中衬砌和围岩环向应变随内外侧水压力变
化的过程线，其中应变符号约定为：拉正、压负。由图可以看出，在充水初期，在内水压力作用下，
衬砌环向应变计均呈现为正值，表明衬砌此时处于环向受拉状态，且随着内水压力的增加，拉应变逐
渐增大，而围岩环向应变始终保持为零，这是因为衬砌与围岩之间布置有土工布，衬砌径向变形对围
岩的影响被土工布所吸收；当充水压力达到 1.1 MPa 时，衬砌出现开裂（参见图 13），此时衬砌环向应
变达到峰值，靠近诱导缝处的应变（S1、S14）大于远离诱导缝处的应变（S2、S4、S5、S6）；随着稳压
时间增加，衬砌环向应变值开始减小，其值由正转为负，表明此时衬砌环向受力由受拉转为受压，由
于内水外渗，水压作用在围岩上，使得围岩环向应变开始出现升高，表明围岩开始处于受拉状态；在
随后的充排水过程中，衬砌环向始终处于受压状态。

图 11 衬砌外侧水压力随内水压力的变化过程线 图 12 衬砌与围岩环向应变随内外侧水压力变化过程线

值得注意的是，理论上，当衬砌开裂后，围岩在衬砌外侧水压力作用下，应该始终保持受拉状
态。但试验中，随着充水时间的增加，围岩环向应变值由正转为负，这是因为在试验过程中，部分内
水渗入到围岩与桶体之间，造成了围岩受压，这一点由后续试验结束检查结果所验证。
4.1.3 钢筋受力变化过程 图 14 为首次充/排水过程中衬砌内部钢筋的轴向应力随内外侧水压力变化
的过程线。由图可以看出，充水初期衬砌未开裂时，在内水压力作用下，钢筋处于受拉状态，且随着
内水压力的增加，钢筋应力值也在逐渐增大；当内水压力升高至 1.1 MPa时，衬砌出现开裂（见图 13），钢筋
应力开始出现降低，并随着稳压时间的增加，外侧水压力逐渐接近于内水压力，钢筋应力也由受拉逐
渐转为受压；在随后的充排水过程中，衬砌环向始终处于受压状态。模型试验充排水过程中钢筋受力
演化规律与天荒坪电站反映出的规律相一致。

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