复合地层下盾构施工模态系统刀盘荷载及振动特性研究
【图文】：
岩盘取圆环状，在保证滚刀轨迹均能够实时监测的同时，可减少模型计算量。滚刀切削模型如图3所示。(a)标准滚刀(b)标准滚刀简化模型图1标准滚刀结构示意图Fig．1Structurediagramsofstandarddisccutter(a)CAD图(b)三维示意图图2刀盘示意图Fig．2Sketchdiagramsofcutterhead(a)中心滚刀(b)正滚刀图3滚刀切削模型Fig．3Cuttingmodelsofdisccutter以中心滚刀切削模型为例，简述其有限元仿真的关键点。在剖分网格方面，刀圈和刀体为自由剖分，岩体为扫略(sweep)剖分，网格大小均设定为20mm。在接触方面，刀圈和刀体设定为自动单面(singlesurface)接触，保证刀圈和刀体之间不发生分离;刀圈和岩体设定为面面侵蚀(erodingsurface)接触，在岩体单元失效删除后，该接触能够保证滚刀刀圈与岩体单元继续进行侵蚀模拟。此外，通过无反射边界条件的设定，将模型中的岩体仿真为无限大，其底面和侧面各施加30MPa和15MPa的围压，使之符合现实工况中的岩体状态。根据典型软硬不均地层盾构隧道的工程地质特征和地质力学模型，，确定盾构的推力和转速。初步确定刀盘转速为5r/min，并将该速度以角速度0．63rad/s的形式施加到岩盘上;掘进速度为5mm/s，施加到刀体上。中心滚刀刀轴线的初始位置与软硬岩层分界线相交，以便研究滚刀经过软硬不均地层交界面时滚刀荷载的变化，其初始状态的有限元模型如图4所示。图4软硬不均地层中心滚刀初始状态Fig．4Initialstateofcenterdisccutterinheterogeneousground106隧道建设第37卷
岩盘取圆环状，在保证滚刀轨迹均能够实时监测的同时，可减少模型计算量。滚刀切削模型如图3所示。(a)标准滚刀(b)标准滚刀简化模型图1标准滚刀结构示意图Fig．1Structurediagramsofstandarddisccutter(a)CAD图(b)三维示意图图2刀盘示意图Fig．2Sketchdiagramsofcutterhead(a)中心滚刀(b)正滚刀图3滚刀切削模型Fig．3Cuttingmodelsofdisccutter以中心滚刀切削模型为例，简述其有限元仿真的关键点。在剖分网格方面，刀圈和刀体为自由剖分，岩体为扫略(sweep)剖分，网格大小均设定为20mm。在接触方面，刀圈和刀体设定为自动单面(singlesurface)接触，保证刀圈和刀体之间不发生分离;刀圈和岩体设定为面面侵蚀(erodingsurface)接触，在岩体单元失效删除后，该接触能够保证滚刀刀圈与岩体单元继续进行侵蚀模拟。此外，通过无反射边界条件的设定，将模型中的岩体仿真为无限大，其底面和侧面各施加30MPa和15MPa的围压，使之符合现实工况中的岩体状态。根据典型软硬不均地层盾构隧道的工程地质特征和地质力学模型，确定盾构的推力和转速。初步确定刀盘转速为5r/min，并将该速度以角速度0．63rad/s的形式施加到岩盘上;掘进速度为5mm/s，施加到刀体上。中心滚刀刀轴线的初始位置与软硬岩层分界线相交，以便研究滚刀经过软硬不均地层交界面时滚刀荷载的变化，其初始状态的有限元模型如图4所示。图4软硬不均地层中心滚刀初始状态Fig．4Initialstateofcenterdisccutterinheterogeneousground106隧道建设第37卷
【作者单位】： 盾构及掘进技术国家重点实验室;华北水利水电大学岩土工程与水工结构研究院;
【基金】：国家高技术研究发展计划(“863”计划)专项(2012AA041802) 盾构及掘进技术国家重点实验室开放基金(SMBT2012K002) 福建省地质灾害重点实验室开放基金(FJKLGP2012K004) 华北水利水电大学研究生教育创新计划基金(YK2015-12)
【分类号】：U455.39
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