基于顆粒流模型的TBM滾刀破巖過程細(xì)觀特征規(guī)律研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，青島的交通問題日趨嚴(yán)峻，修建地鐵已成為青島市今后發(fā)展公共交通的重點(diǎn)。青島地鐵2號線掘進(jìn)過程中所穿越地層總體以花崗巖基巖的中風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶為主，地鐵隧道埋深經(jīng)常會(huì)有上軟下硬的巖石組合類型，力學(xué)性質(zhì)差異較大，在隧道開挖掘進(jìn)的過程中容易出現(xiàn)開挖不均等現(xiàn)象。滾刀作為TBM刀盤上的核心部件直接與巖石發(fā)生作用，深入了解盤形滾刀破巖的機(jī)理，是實(shí)現(xiàn)TBM高效、安全掘進(jìn)的基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵所在。研究盤形滾刀破巖的機(jī)理、規(guī)律，分析破巖過程中滾刀

2、的受力變化，可以有效的了解和預(yù)測TBM的掘進(jìn)效率;同時(shí)也有助于分析TBM在軟、硬巖中掘進(jìn)的差異性，這對實(shí)際工程而言有重要的指導(dǎo)意義。本文結(jié)合青島地鐵2號線的勘查資料和施工記錄，用顆粒離散元方法對TBM盤形滾刀在軟、硬巖中的破巖機(jī)理展開探討分析。主要完成了以下工作:
　　(1)復(fù)雜巖體的力學(xué)參數(shù)選擇是一個(gè)值得深入研究的問題。Hoek-Brown準(zhǔn)則較全面地反映了巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體強(qiáng)度的影響，并可以室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)為基準(zhǔn)，考慮巖體中

3、節(jié)理裂隙，將巖石力學(xué)參數(shù)換算成巖體力學(xué)參數(shù)。本文依據(jù)青島地鐵2號線中室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的巖石力學(xué)參數(shù)，嘗試用巖體波速特征求解地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI和巖體Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則參數(shù)。用RockLab軟件結(jié)合已求得的巖體Hoek-Brown表達(dá)式，求解出巖體單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù);
　　(2) TBM隧道掘進(jìn)施工時(shí)，在機(jī)械狀況相同地質(zhì)條件一致的情況下，掘進(jìn)參數(shù)是影響掘進(jìn)速度的主要因素。本文結(jié)合青島地鐵2號線施工監(jiān)測資料，在確定圍

4、巖質(zhì)量相同、刀盤轉(zhuǎn)速一致的前提下，分別對做滾刀切向、法向推力對滾刀貫入度的線性回歸分析，通過比較相關(guān)系數(shù)的大小來比較滾刀切向、法向推力對滾刀貫入度的影響程度。討論建立滾刀破巖過程簡化分析模型的可行性;
　　(3)結(jié)合第四章研究得到的簡化模型，利用PFC3D軟件建立單把正滾刀破巖過程的顆粒流數(shù)值分析模型，并結(jié)合第三章分析結(jié)果計(jì)算PFC3D中細(xì)微觀參數(shù)的取值。通過模擬中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖中不同滾刀貫入速度下滾刀的破巖規(guī)律，進(jìn)而分析:a