临空面辅助滚刀破岩的数值模拟研究

发布时间：2021-03-19 16:13

　　研究目的:TBM掘进硬岩地质时,常会遇到破岩效率低、掘进速度慢、刀具消耗大等问题,基于临空面辅助破岩机理的多级TBM刀盘,是一种解决以上问题的有效手段。针对临空面条件下的TBM滚刀破岩机理问题,本文使用颗粒簇离散元方法开展临空面辅助滚刀破岩的数值模拟研究,旨在深入探究多级TBM刀盘的破岩机理,为多级TBM刀盘设计提供理论依据。研究结论:（1）岩体主裂纹是受密实核的压实和载荷传递的驱使而生长,侧向裂纹是在密实核破坏和膨胀效应的驱使下而生长;（2）针对岩石破碎模式的分析,发现了临空面高度和间距的两个临界值,建议均在第二个临界值附近选取高度和间距的设计值;（3）针对破岩载荷与比能的分析,发现法向力峰值和斜率主要受临空面间距的影响,而贯入比能主要受破岩模式和临空面高度的影响;（4）滚刀破岩载荷随着临空面间距的增大而迅速增大,滚刀破岩比能主要受临空面高度和岩石破碎模式的影响;（5）本研究结果可为临空面和多级TBM刀盘结构的设计提供依据。 

【文章来源】：铁道工程学报. 2020,37(10)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

单轴压缩和直接拉伸试验与数值模拟结果

滚刀刃受力示意如图5所示，将数值模拟中的法向力转换为三维情况，从而与试验法向力对比。假定滚刀刃压力随角度θ从0开始线性增大，得到如下转换公式:式中FNE———法向力;

D———贯入深度。两组试验，法向力峰值为FNE1=150 k N,FNE2=230 k N;两组模拟，法向力峰值为FNE1"=85 k N,FNE2"=175 k N。试验法向力比模拟法向力高约45%，可能是由于试验和模型边界条件差别造成的，试验的接岩弧长度方向的岩石厚度要远大于数值模型中的岩石厚度，提供了更强的侧向约束，从而导致破岩载荷偏大。

【参考文献】：
期刊论文
[1]复合地层不同岩石强度下滚刀贯入试验研究[J]. 李克金,张德文,李文,魏庆温,夏恩虎,张大庆.  现代隧道技术. 2020(01)
[2]TBM盘形滚刀破岩刀刃应力分布研究[J]. 谭青,史余鹏,曾桂英,高浩,张逸超.  铁道科学与工程学报. 2017(08)



本文编号：3089850