旋挖鉆機(jī)破巖的力學(xué)分析及機(jī)理研究.pdf

1、隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，工程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論及方法、施工新技術(shù)日新月異。樁基礎(chǔ)作為深基礎(chǔ)的一種重要形式，其在沉降控制、承載能力等方面的突出優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注，合理可行的樁基成孔方式和技術(shù)是關(guān)鍵。而旋挖機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)成樁方式，能以更低的成本、更高的質(zhì)量及更快速度完成樁孔施工，目前已開始應(yīng)用于各類地層。但由于賦存環(huán)境的復(fù)雜性，旋挖鉆進(jìn)過程中，鉆頭對(duì)其接觸的巖體進(jìn)行沖擊侵入和旋轉(zhuǎn)切削，不同的巖性及施工參數(shù)均對(duì)鉆機(jī)破巖成孔的動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生重要的影

2、響。目前，旋挖機(jī)破巖機(jī)理的研究成果相對(duì)較少，且大多限于靜態(tài)、單因素的研究。為了更全面地反映旋挖鉆進(jìn)過程中的破巖特性及成孔形態(tài)，采用理論分析、數(shù)值模擬及工程實(shí)踐相結(jié)合的方法研究旋挖鉆進(jìn)破巖的動(dòng)態(tài)過程及破巖機(jī)理。其主要研究內(nèi)容如下：
　?、俳Y(jié)合旋挖鉆機(jī)工作原理，分析旋挖鉆進(jìn)工作參數(shù)，基于機(jī)械原理得到截齒切削過程對(duì)巖石的作用力類型。利用彈性力學(xué)中半空間體理論，對(duì)巖石在截齒切削狀態(tài)下進(jìn)行受力分析，得到巖石的三向受力狀態(tài)，理論推導(dǎo)截齒與巖石

3、接觸力的計(jì)算公式，進(jìn)而得出法向荷載與位移之間的關(guān)系。
　　②建立截齒破巖的三維數(shù)值模型，通過對(duì)接觸力、接觸面積、裂紋、巖石塑性變形、損傷演化等因素的分析，得到截齒豎向侵入段（截齒無旋轉(zhuǎn)，僅受豎向侵入力壓入巖石）破巖過程分為五個(gè)階段。在旋轉(zhuǎn)切削段（截齒旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，受到豎向侵入力和水平面扭矩共同作用）齒前巖石受到擠壓作用，齒尖處巖石受到拉伸和剪切作用，說明旋挖機(jī)破巖是一個(gè)擠壓、拉伸、剪切耦合作用的過程。
　?、鄯治霾煌瑤r石強(qiáng)度下，