復合地層TBM滾刀破巖機理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟建設和城市化建設的高速發(fā)展，對各種資源的需求量不斷增加，地下工程和基礎(chǔ)建設的范圍不斷拓寬，TBM施工中越來越多的遇到復合地層。作為自動化程度較高的施工手段，TBM施工法在復合地層中相較于傳統(tǒng)的巖爆法施工，依然具有高效經(jīng)濟安全等諸多優(yōu)點，然而復合地層施工中出現(xiàn)的眾多問題顯示了TBM施工法在復合地層中的不成熟。目前大多數(shù)的滾刀破巖研究都是針對均質(zhì)地層的，對復合地層中的滾刀破巖機制認識不夠成為限制該方法發(fā)展的重要瓶頸。本文基于離散元軟

2、件，對復合地層中的盤形滾刀破巖機理進行了研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）通過查閱大量文獻，對國內(nèi)外學者關(guān)于滾刀破巖理論研究的手段、方法和理論成果進行了歸納總結(jié)?；陔x散單元法，建立了滾刀破巖的三維數(shù)值模型，模擬了單滾刀和雙滾刀作用下的巖石破碎過程，驗證了數(shù)值模擬的可行性和合理性。
　?。?）模擬了均質(zhì)地層中不同地質(zhì)參數(shù)下的雙滾刀破巖過程，研究了不同節(jié)理參數(shù)、圍壓和巖體強度對滾刀破巖模式、裂紋模式和破巖效率以及最優(yōu)刀間距的

3、影響，結(jié)果表明：節(jié)理參數(shù)會影響巖體的破碎模式，節(jié)理引導裂紋向內(nèi)部發(fā)展，阻隔了裂紋向下一節(jié)理面的貫通，在30°—60°的范圍，側(cè)向裂紋較難貫通。不同的節(jié)理參數(shù)下，根據(jù)節(jié)理傾角和節(jié)理間距的組合存在最優(yōu)刀間距。圍壓和巖體強度對破巖模式的影響不大，但是會影響裂紋的發(fā)展方向和擴展能力。圍壓和巖體強度越大，從能耗的角度來講，破巖效率越低。
　?。?）模擬了復合地層中不同地質(zhì)參數(shù)下的雙滾刀破巖過程，研究了不同節(jié)理參數(shù)、圍壓和巖體強度跟復合地層中

4、的滾刀受力、裂紋發(fā)展、破碎模式和破巖效率的關(guān)系。結(jié)果表明：復合地層中存在不均勻破碎，硬巖的破巖效率要低于軟巖，軟巖的破碎體積大，容易“脫空”，造成偏磨。節(jié)理參數(shù)對破巖模式影響較大，節(jié)理偏向軟巖TBM效率較高，且節(jié)理越密集，破巖越容易。圍壓對破巖模式影響不大，對裂紋的影響跟均質(zhì)地層一樣，且硬巖受影響更明顯。節(jié)理間距和圍壓較小時，復合地層的最優(yōu)刀間距趨于一致。
　　本文的創(chuàng)新點主要有以下幾點：利用離散單元法建立了滾刀破巖的三維模型，對