TBM撑靴与围岩接触表面应力分布均匀性研究

发布时间：2017-09-20 18:33

  本文关键词：TBM撑靴与围岩接触表面应力分布均匀性研究

  更多相关文章： TBM支撑机构 撑靴与围岩接触模型 接触分析 应力分布均匀性

【摘要】：全断面岩石隧道掘进机(TBM)具有开挖效率高、工程质量优、施工安全性好等优点,广泛应用于公路和铁路隧道、城市地铁、输水隧道、国防工程等领域。在掘进过程中,TBM的撑靴压紧围岩,靠摩擦力来平衡支撑力和推进力。由于TBM常工作于重载荷、大突变载荷和强振动载荷等恶劣环境,刀盘受力不均,导致撑靴支撑不稳、围岩受力不均、侧壁撑不住等问题。为了研究围岩接触表面的应力均布性,提高围岩接触表面应力分布的均匀性,本文做如下工作:对主梁式TBM进行受力分析,建立单只撑靴的力平衡方程。基于隧道围岩的二次应力状态模型,确定有限元仿真时围岩的边界条件。建立了在不同载荷作用下的撑靴中间先接触围岩和撑靴两端先接触围岩的接触仿真模型,以及在理想均布载荷作用下围岩的接触仿真模型。对仿真结果进行坐标变换,采用MATLAB对结果进行了分析,得到三种接触模型中撑靴和围岩接触表面应力和位移的分布规律,以及在不同法向载荷作用下,撑靴和围岩接触表面的应力、位移与法向载荷的关系。提出了接触表面应力分布均匀性的概念,建立了评价应力分布均匀性的指标?,分别对三种接触模型中撑靴和围岩接触表面的应力均布性进行分析。为TBM通过地质复杂地段如何加固围岩和操控TBM提供了理论依据。基于接触表面应力分布均匀性的分析,以应力分布均匀性系数λ最大为目标,选取几种不同的撑靴与围岩接触半径差,建立了撑靴与围岩接触仿真模型,分析了半径差对接触表面应力分布均匀性的影响,找出最优的半径差,为优化撑靴结构、提高接触表面应力分布均匀性提供了理论基础。
【关键词】：TBM支撑机构 撑靴与围岩接触模型 接触分析 应力分布均匀性
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符号说明8-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 支撑机构研究现状12-13
• 1.2.2 撑靴与围岩接触研究现状13-15
• 1.2.3 试验台研究现状15-17
• 1.3 课题来源及主要研究内容17-18
• 1.3.1 课题来源17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 撑靴与围岩接触模型建立19-29
• 2.1 TBM受力分析19-21
• 2.2 围岩参数设置及边界条件分析21-23
• 2.3 TBM撑靴与围岩接触有限元模型的建立23-28
• 2.3.1 撑靴中间先接触围岩的有限元模型建立24-27
• 2.3.2 撑靴两端先接触围岩的有限元模型建立27
• 2.3.3 理想载荷作用下的接触模型27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 撑靴与围岩接触仿真结果分析29-49
• 3.1 撑靴与围岩接触仿真结果处理29-30
• 3.2 撑靴中间先接触围岩仿真结果分析30-37
• 3.2.1 撑靴接触表面应力和位移分析30-32
• 3.2.2 围岩接触表面应力和位移分析32-34
• 3.2.3 不同载荷下撑靴和围岩接触表面关键点接触应力和位移分析34-37
• 3.3 撑靴两端先接触围岩仿真结果分析37-44
• 3.3.1 撑靴接触表面应力和位移分析37-40
• 3.3.2 围岩接触表面应力和位移分析40-41
• 3.3.3 不同载荷下撑靴和围岩表面关键点接触压力和位移分析41-44
• 3.4 理想载荷作用下围岩接触仿真结果分析44-48
• 3.4.1 接触表面法向应力分析44-45
• 3.4.2 接触表面切向应力分析45-46
• 3.4.3 接触表面法向位移分析46-47
• 3.4.4 接触表面切向位移分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 撑靴与围岩接触表面应力分布均匀性分析49-54
• 4.1 撑靴与围岩接触表面应力分布均匀性及其评价指标49-50
• 4.2 撑靴与围岩接触表面应力分布均匀性分析50-53
• 4.2.1 撑靴中间先接触围岩接触表面应力分布均匀性分析50-51
• 4.2.2 撑靴两端先接触围岩接触表面应力分布均匀性分析51-52
• 4.2.3 理想载荷作用下围岩接触表面的应力分布均匀性分析52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 撑靴与围岩接触半径差的优化54-59
• 5.1 撑靴与围岩接触仿真模型建立54
• 5.2 不同接触半径差仿真模型的结果分析54-57
• 5.3 接触半径差对应力分布均匀性的影响分析57
• 5.4 本章小结57-59
• 第六章 工作总结与展望59-61
• 6.1 论文工作总结59-60
• 6.2 工作展望60-61
• 参考文献61-65
• 个人简历 在读期间发表的学术论文65-66
• 致谢66

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本文编号：889723