全斷面掘進機滾刀數(shù)值模擬及布置規(guī)律優(yōu)化研究.pdf

1、隨著地下空間工程快速開挖的需要和科學技術水平的提高，盾構施工技術在我國得到了廣泛應用，應用盾構法進行地下空間工程施工已受到我國政府相關部門和施工企業(yè)的高度的重視。盤形滾刀作為盾構掘進機在掘進過程中破巖的主要刀具，其破碎效率直接影響了地下工程施工的效率和成本。目前，國內有關盾構掘進機盤形滾刀破巖特性的研究與國外相比較，尚處于探索階段。因此，在廣泛閱讀和鉆研國內外盾構掘進機有關刀具破巖理論，相關文獻的基礎上，對盤形滾刀破巖作用下，巖石介質的

2、失效形式、破壞準則進行深入全面的了解，為建立刀具的破巖機理奠定理論基礎。通過對刀具切削性能進行研究，為刀具的結構改進以及盾構掘進機上刀具的布置提供依據(jù)，從而達到提高刀具破巖效率的目的。本文的主要研究工作有:
　　(1)滾刀作用下的巖石破碎機理及滾刀受力模型:研究滾刀力學性質、巖石損傷現(xiàn)象及破壞機理、巖石本構關系的細微統(tǒng)計損傷模型，歸納了滾刀受力預測模型，包括伊萬斯(Evans)預測公式、秋三藤三郎預測公式、科羅拉多礦業(yè)學院預測公式

3、等，為滾刀布置優(yōu)化設計提供了受力模型的理論基礎。
　　(2)通過對盤形滾刀破巖機理的分析，在已有的巖石材料本構研究成果的基礎上，根據(jù)盤形滾刀作用下巖石破碎的主要失效形式，修正巖石材料的失效準則，以更加滿足盾構施工的實際情況。在ANSYS軟件中建立盤形滾刀破巖過程有限元分析模型，動態(tài)模擬刀具對巖土周邊的擾動情況以及刀具受力特性。通過仿真，驗證所建立的刀具破巖有限元分析模型的正確性和可行性，為刀具切削不同地質工況的切削性能的研究提供了

4、依據(jù)。
　　(3)在大量單因素切削模擬的基礎上，分析了刀刃角、切削深度、地質條件以及切削速度等因素對切削性能的影響規(guī)律。采用正交試驗技術，研究了五因素作用下對盤形滾刀切削性能的影響程度。
　　(4)滾刀布置規(guī)律優(yōu)化設計:綜合考慮破巖機理、施工參數(shù)以及典型巖石地質條件，通過查閱國內外文獻以及同合作單位的一線工程技術專家探討，給出一般性的TBM滾刀布置設計問題需滿足的技術要求，建立全斷面巖石掘進機滾刀布置優(yōu)化模型，給出了全斷面巖