盾構(gòu)機(jī)盤(pán)形滾刀作用下巖石破碎特征及滾刀振動(dòng)特性研究.pdf

1、近年來(lái),盾構(gòu)機(jī)在水利水電涵洞、城市地下工程、海河地下隧洞及礦山、山區(qū)鐵路、公路隧道施工中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。盤(pán)形滾刀是盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)上主要的掘進(jìn)刀具,其切削性能直接影響了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。本文來(lái)源于國(guó)家973項(xiàng)目子課題--“巖土切削機(jī)理與刀盤(pán)設(shè)計(jì)理論”,主要圍繞切削過(guò)程中巖土的破碎特征及滾刀垂直方向的振動(dòng)特性進(jìn)行研究,以期改進(jìn)滾刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高滾刀的使用壽命及適應(yīng)性,優(yōu)化盤(pán)形滾刀在刀盤(pán)上的布置,最終實(shí)現(xiàn)高效、低能耗的隧道掘進(jìn)。本文主要

2、進(jìn)行了如下的工作：
　　 ⑴在對(duì)滾刀實(shí)際破巖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,合理簡(jiǎn)化問(wèn)題,分別建立了單一特定地層條件下單刀切割含傾斜節(jié)理巖石、雙刀切割節(jié)理不發(fā)育巖石以及含水平節(jié)理巖石的二維數(shù)值模型,仿真觀察到巖石在不同圍壓、節(jié)理參數(shù)、刀間距和切削順序下微裂紋的演化過(guò)程,并根據(jù)裂紋擴(kuò)展方向和破碎塊的形成規(guī)則不同,總結(jié)歸納出盾構(gòu)刀具切割巖土?xí)r的12種典型破碎模式。最后從破巖效率,裂紋擴(kuò)展能力,巖石破碎塊度等方面對(duì)巖土破碎特性展開(kāi)深入分析

3、。
　　 ⑵將赫茲彈性接觸理論引入離散單元法建模,并考慮刀具的初始應(yīng)力分布對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響,建立了包含刃形特性的雙刃球齒滾刀侵入砂巖的離散元模型。通過(guò)對(duì)比分析得出了刀具侵入巖石時(shí),刃形對(duì)巖土破碎特征的影響規(guī)律。
　　 ⑶在單把滾刀與巖石構(gòu)成的系統(tǒng)中,巖石的躍進(jìn)破碎特性及滾刀特有的蛇行現(xiàn)象,使得滾刀在切削過(guò)程中不可避免的發(fā)生振動(dòng)。本文分別采用位移約束及力約束作為滾刀的下端邊界條件,建立了適用于滾刀滾壓硬、軟巖和土壤的一般垂