复合地层下TBM掘进的可掘性评价

发布时间：2017-09-05 01:35

  本文关键词：复合地层下TBM掘进的可掘性评价

  更多相关文章： 复合地层 可掘性指数 地质因素 破岩效率

【摘要】：TBM集成了液压、机械、电气等诸多领域的高科技成果,提高了隧道施工效率,在隧道建设中运用越来越广泛。为了对TBM施工下的隧道进行工期估算、机械选型、工程经济效果评价,必须对TBM施工的适应性进行研究,尤其是在软岩硬岩均有分布的复合地层中,本文对复合地层下TBM施工的围岩可掘性评价方法进行了研究,主要内容有:(1)在隧道工程开挖断面范围内或开挖延伸方向上,由两种或两种以上不同地层组成的称为复合地层,对于陡倾互层类型的复合地层,软岩和硬岩的厚度之比影响了地层的刚度和性质,将掌子面内的硬岩厚度与总厚度的比值定义为厚度比,进一步研究厚度比对掘进效率的影响,随着厚度比的增大,可掘性指数越大,岩体越难掘进。(2)当滚刀推力大于临界值时,岩石开始破碎,随着推力的增大,岩体破碎效率提高。但是对围岩的可掘性评价需要排除TBM运行参数,因此选取单位推力下的破岩速度为可掘性指数,并以此来表征岩体的可掘性,这样就排除了运行参数对TBM破岩效率的影响。(3)滚刀作用在岩石上,在压应力的作用下,滚刀下岩石破碎。将滚刀作用简化为一个集中荷载作用在岩石上,将软硬复合地层看做是一个横观各向同性的等效连续体,得出了软硬岩叠加时的等效刚度,求解出横观各向同性下的boussinesq解,给出滚刀作用下的岩体应力分布,以摩尔库伦为屈服准则,通过MATLAB编程,以此来求解岩体的屈服区域,地层的竖向应力呈现对称的应力泡状态,软岩和硬岩的状态出现分化。(4)通过复合地层下的boussinesq解,计算分析厚度比、岩体强度对破岩效率的影响。随着岩体强度的增大,岩体越难掘进,可掘性指数增大,并且与岩体强度呈现线性函数关系;随着厚度比的增大,即硬岩的成分越来越多,岩体越难掘进,可掘性指数增大,与厚度比呈现对数函数的关系。(5)运用离散元软件UDEC进行数值模拟,模拟厚度比、岩体强度、节理间距和节理夹角对掘进效率的影响,并与理论计算进行对比,归纳出多因素模型,模型从厚度比、岩体强度、节理间距和节理夹角四个方面对可掘性进行评价。勒奇山隧道和扎格罗斯隧道的现场数据表明,预测模型在评价因素对可掘性指标的影响趋势上具有一致性。评价模型精简了影响可掘性指标的因素,考虑了复合地层的要素,且采用线性的关系,更能反映出各个因素对可掘性的影响,使模型更加准确和简洁。
【关键词】：复合地层 可掘性指数 地质因素 破岩效率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 问题的提出及意义9-13
• 1.1.1 TBM的破岩机理9-10
• 1.1.2 影响TBM掘进的地质因素10-13
• 1.1.3 问题的提出13
• 1.2 研究现状及存在的不足13-22
• 1.2.1 岩体分类系统14-17
• 1.2.2 岩体分类系统对TBM岩体的可掘性评价17-20
• 1.2.3 研究存在的不足20-22
• 1.3 本文研究思路及技术路线22-25
• 2 复合地层下滚刀破岩的理论分析25-39
• 2.1 滚刀破岩的理论分析25-33
• 2.1.1 滚刀的结构特征25-27
• 2.1.2 滚刀破岩的过程27-28
• 2.1.3 滚刀作用力的数学模型28-33
• 2.2 复合地层滚刀破岩的解析解33-36
• 2.2.1 等效连续体33-35
• 2.2.2 横观各向同性下的boussinesq解35-36
• 2.2.3 破坏准则36
• 2.3 MATLAB程序编写36-37
• 2.3.1 基本原理与步骤36-37
• 2.3.2 主要功能37
• 2.4 小结37-39
• 3 复合地层对TBM可掘性的影响39-49
• 3.1 复合地层的定义及指标39
• 3.2 可掘性指标的选取39-43
• 3.3 复合地层对可掘性影响的计算分析43-47
• 3.3.1 理论计算模型的建立43-46
• 3.3.2 厚度比对可掘性的影响46
• 3.3.3 岩石强度对可掘性的影响46-47
• 3.4 小结47-49
• 4 滚刀破岩的数值模拟49-67
• 4.1 离散单元法49-51
• 4.2 数值模型的建立51-60
• 4.2.1 单滚刀破岩模拟51-53
• 4.2.2 双滚刀破岩模拟53-57
• 4.2.3 双滚刀最优间距的模拟57-60
• 4.3 厚度比对破岩效率影响的数值模拟60-61
• 4.4 抗压强度对破岩效率影响的数值模拟61-62
• 4.5 节理方向对破岩效率影响的数值模拟62-64
• 4.6 节理间距破岩效率影响的数值模拟64-65
• 4.7 小结65-67
• 5 岩体可掘性预测模型67-75
• 5.1 多因素预测模型67-68
• 5.1.1 模型的内容和使用方法67-68
• 5.1.2 模型的适用范围68
• 5.2 工程对比68-74
• 5.3 模型的局限性74
• 5.4 小结74-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 附录83
• A.硕士期间参与的科研及工程项目83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李婕;高雪冰;顿志林;;横观各向同性地基Boussinesq问题的解析解[J];河南理工大学学报(自然科学版);2007年05期

2 张镜剑;傅冰骏;;隧道掘进机在我国应用的进展[J];岩石力学与工程学报;2007年02期

3 白杉,周洁;中国隧道盾构掘进机的发展和应用[J];筑路机械与施工机械化;2004年07期

4 林韵梅;岩体基本质量定量分级标准BQ公式的研究[J];岩土工程学报;1999年04期

5 张照煌;全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩机理的探讨[J];矿山机械;1995年10期

6 茅承觉,刘春林;掘进机盘形滚刀压痕试验分析[J];工程机械;1988年04期

7 刘友元;掘进机盘形滚刀破岩机理探讨[J];工程机械;1986年06期

8 余静;;岩石机械破碎规律和破岩机理模型[J];煤炭学报;1982年03期

9 余静;;滚压破岩机理和参数计算[J];金属矿山;1981年07期

10 余静,程凯;滚刀破碎理论分析[J];东北工学院学报;1980年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴起星;复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析[D];暨南大学;2011年

，

本文编号：795045