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图 ３ 计算模型
本文建立了钢衬－ 自密实混凝土界面、管片－ 自密实混凝土?排水板界面、管片－ 豆砾石灌浆材料界
面及管片接头间的面面接触单元，未经处理的干净轧制钢板表面和自密实混凝土摩擦系数取 ０．８ ［３７］ ，
管片接头摩擦系 数取 ０．５ ［３８］ ，管 片 与 底 部 １２０°自 密 实 混 凝 土、豆 砾 石 灌 浆 材 料 界 面 摩 擦 系 数 均 取
０．８ ［３９］ ，顶部 ２４０°排水板与管片界面摩擦系数取 ０．８，排水板内表面与自密实混凝土共节点。
３．２ 自密实混凝土裂缝扩展规律 混凝土的损伤值与开裂现象之间存在定量关系，根据自密实混凝土
裂缝随损伤发展情况，本文以损伤因子大于 ０．９５作为自密实混凝土宏观开裂的依据。内水压作用下，
分离式衬砌自密实混凝土是整个结构的薄弱环节，如图 ４所示，初次充水过程中，自密实混凝土首先
在排水板铺设的末端附近（ ＥＤＬ、ＥＤＲ）和拱顶附近开裂（ＴＣ），接着在裂缝（ＴＣ）和拱腰之间发生径向
开裂（ＴＷ），最后拱底附近也产生贯穿裂纹（ＢＣ）。
图 ４ 自密实混凝土裂缝演化
３．３ 分离式 衬 砌 变形协 调性 分析 内 水压作用 下，
钢衬和自密实混凝土均发生明显径向膨胀，由于排
水板的区域性铺设，排水板铺设范围内径向膨胀变
形明显 大 于 排 水 板 铺 设 范 围 外， 此 现 象 已 由 Ｈｅ
等 ［１２］ 的原位试验证实。本文从管底开始，在自密实
混凝土内表面和钢衬上顺时针定义环向路径，将径
向膨胀位移映射到单位化的环向路径 ＮＤＰ上（从拱底
开始顺时针 ３６０°，拱底为 ０，拱顶为 ０．５）。由图 ５可
知，从排水板末梢（ ＮＤＰ ＝ ０．１７）开始，自密实混凝土
径向变形急剧增加，在 ＮＤＰ＝ ０．２４附近产生了最大
径向变形 １．４ｍｍ，ＮＤＰ ＝ ０．２４～０．７７ 之内，径向位移
量值在 １．３～１．４ｍｍ。钢衬位移的变化趋势与自密实
混凝土一致，两者在径向上紧密贴合，由于排 水板 图 ５ 衬砌结构整体变形
协调自密实混凝土结构变形，排水板铺设范围内管片径向位移明显小于自密实混凝土，而排水板铺设
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