复合地层TBM双滚刀破岩过程数值流形模拟研究
本文关键词： TBM 复合地层 滚刀 数值流形方法 出处：《煤炭学报》2015年06期 论文类型：期刊论文
【摘要】：大型交通、矿山和水利工程TBM施工中不可避免会遇到复合地层,复合地层中TBM双滚刀破岩特征与均质岩层有较大差异。基于数值流形方法处理非连续问题的能力,引入弱不连续物理覆盖来对复合地层层理面进行表征,提出了模拟裂隙网络扩展过程的数值流形算法,进一步建立了模拟复合地层滚刀破岩过程的数值流形模型。同时,对软硬不均复合地层中不同刀间距的双滚刀破岩过程进行了模拟分析,研究发现:在相同贯入度下,不同滚刀间距的应力分布均具有明显的不对称性,硬岩中滚刀推力远高于软岩,从而易造成滚刀偏磨;当滚刀间距为100 mm时,两滚刀间岩片厚度达到最大值23.7 mm,刀间距增大或减小时,岩片厚度均出现降低趋势;不同刀间距条件下,软岩的破碎率均高于硬岩,其中软岩破碎率随刀间距的增加而增大,硬岩破碎率则在刀间距为100 mm时达到最大值10.5%。上述结果表明,在复合地层中,岩性对于TBM岩机安全及破岩效果的影响要大于滚刀间距,研究成果可以反映复合地层滚刀破岩规律。
[Abstract]:In the TBM construction of large-scale traffic, mine and water conservancy projects, the compound strata will inevitably be encountered, and the characteristics of TBM double hob breaking rock in the composite strata are quite different from those of homogeneous rock formations. The ability of solving discontinuous problems based on numerical manifold method is discussed. The weak discontinuous physical coverage is introduced to characterize the stratigraphic surface of the complex strata, and a numerical manifold algorithm is proposed to simulate the process of crack network expansion, and a numerical manifold model is established to simulate the rock breaking process of the complex formation hob. The rock breaking process of double hobs with different tool spacing in soft and hard heterogeneous composite strata is simulated and analyzed. It is found that under the same penetration degree, the stress distribution of different hob spacing has obvious asymmetry. The thrust of hob in hard rock is much higher than that in soft rock, so it is easy to cause partial grinding of hob, when the pitch of hob is 100 mm, the thickness of rock piece between two hobs reaches the maximum value of 23.7 mm, and the thickness of rock sheet decreases when the distance between hobs increases or decreases. The breakage rate of soft rock is higher than that of hard rock under the condition of different knife spacing. The breakage rate of soft rock increases with the increase of knife spacing, and the breaking rate of hard rock reaches the maximum value of 10.5 when the knife spacing is 100 mm. The above results show that, in composite strata, the fracture rate of soft rock increases with the increase of tool spacing. The influence of lithology on the safety of TBM rock machine and the effect of rock breaking is greater than that of hob spacing, and the research results can reflect the rule of rock breaking by hob in composite strata.
【作者单位】： 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室;武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2014CB046904) 国家自然科学基金重点资助项目(41130742)
【分类号】：U455.3
【参考文献】
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本文编号：1533390
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