基于顆粒流模型的TBM滾刀破巖過程細觀特征規(guī)律研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟發(fā)展，青島的交通問題日趨嚴峻，修建地鐵已成為青島市今后發(fā)展公共交通的重點。青島地鐵2號線掘進過程中所穿越地層總體以花崗巖基巖的中風化帶和微風化帶為主，地鐵隧道埋深經(jīng)常會有上軟下硬的巖石組合類型，力學性質(zhì)差異較大，在隧道開挖掘進的過程中容易出現(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理，是實現(xiàn)TBM高效、安全掘進的基礎(chǔ)，也是關(guān)鍵所在。研究盤形滾刀破巖的機理、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測TBM的掘進效率;同時也有助于分析TBM在軟、硬巖中掘進的差異性，這對實際工程而言有重要的指導意義。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、硬巖中的破巖機理展開探討分析。主要完成了以下工作:
　　(1)復雜巖體的力學參數(shù)選擇是一個值得深入研究的問題。Hoek-Brown準則較全面地反映了巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體強度的影響，并可以室內(nèi)巖石力學試驗為基準，考慮巖體中

3、節(jié)理裂隙，將巖石力學參數(shù)換算成巖體力學參數(shù)。本文依據(jù)青島地鐵2號線中室內(nèi)實驗得到的巖石力學參數(shù)，嘗試用巖體波速特征求解地質(zhì)強度指標GSI和巖體Hoek-Brown強度準則參數(shù)。用RockLab軟件結(jié)合已求得的巖體Hoek-Brown表達式，求解出巖體單軸抗壓強度、彈性模量等力學參數(shù);
　　(2) TBM隧道掘進施工時，在機械狀況相同地質(zhì)條件一致的情況下，掘進參數(shù)是影響掘進速度的主要因素。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)果計算PFC3D中細微觀參數(shù)的取值。通過模擬中風化、微風化花崗巖中不同滾刀貫入速度下滾刀的破巖規(guī)律，進而分析:a