复合岩层中TBM滚刀破岩试验及数值模拟研究

发布时间：2023-02-05 17:21

　　在我国经济及综合国力大力发展的今天,对隧道建设需求在不断增加。全断面岩石隧道掘进机(TBM)由于在工程造价、施工工期、隧(巷)道开挖、地层扰动、环境影响、施工安全等方面存在地明显优势已被隧道及地铁建设等工程广泛采用。我国疆域辽阔,在自然界中会不可避免的遇见各种各样的不良地质条件,如软硬相间的复合岩层。TBM在复合岩层中滚刀的布置并不能简单的采用均质地层的情况,因此,本文通对砂岩和花岗岩体积比4:6的复合岩层进行室内破岩试验,并利用PFC3D对其他体积比的复合岩层进行数值模拟,研究刀间距、贯入度对破岩效率的影响及最优的s/p(s:刀间距,p贯入度),研究内容及主要结论如下:(1)室内进行单轴压缩及巴西劈裂试验,测定花岗岩、砂岩的物理力学参数,并根据此参数采用试错法对PFC3D的细观参数进行了标定。(2)对砂岩、花岗岩体积比4:6的复合岩层进行5组刀间距(60mm、70mm、80mm、90mm、100mm)下3种贯入度(5mm/r、6mm/r、7mm/r)的3滚刀旋转切割试验;过程中监测破岩总法向力、总扭矩,并分别收集两种岩石的岩渣进行筛分、称重,依据试验结果得出:平均法向力、平均扭矩随刀...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 滚刀破岩国内外研究现状
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 试验研究
        1.2.3 数值模拟
    1.3 研究内容及技术线路
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 技术路线
2 岩样物理力学参数测定
    2.1 力学参数测定试验
        2.1.1 岩样钻取
        2.1.2 静态力学试验
    2.2 数据处理
        2.2.1 单轴压缩
        2.2.2 巴西劈裂
        2.2.3 密度及波速
    2.3 试验结果
    2.4 本章小结
3 复合岩层中滚刀破岩效率及最优刀间距试验研究
    3.1 试验前的准备
        3.1.1 试验平台介绍
        3.1.2 岩样浇筑
    3.2 破岩试验
        3.2.1 试验设计
        3.2.2 试验步骤
    3.3 试验过程分析
        3.3.1 试验现象描述
        3.3.2 试验数据处理
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 筛分分析
        3.4.2 刀间距、贯入度对法向力和扭矩的影响
        3.4.3 刀间距、贯入度对破岩效率的影响
    3.5 讨论
    3.6 本章小结
4 复合岩层滚刀破岩效率及最优刀间距数值模拟
    4.1 PFC3D介绍
    4.2 细观参数标定
        4.2.1 单轴压缩
        4.2.2 巴西劈裂
        4.2.3 细观参数
    4.3 数值模型的建立
        4.3.1 滚刀模型的建立
        4.3.2 岩样模型的建立
    4.4 模型的验证
        4.4.1 数据对比
        4.4.2 破岩裂纹对比
    4.5 数值模拟方案
    4.6 模拟结果及分析
        4.6.1 不同工况下的法向力与扭矩
        4.6.2 不同工况下破岩比能分析
        4.6.3 最优s/p
    4.7 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：3735375