不同地质工况条件下TBM刀具破岩模式的研究.pdfVIP

第３６卷第９期 哈　 尔　 滨　 工　 程　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ．３６ №．９ ２０１５年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｅｐ． ２０１５ 不同地质工况条件下ＴＢＭ刀具破岩模式研究 １，２ １ １ １ １ １ 张魁 ，夏毅敏 ，朱宗铭 ，兰浩 ，林赉贶 ，暨智勇 （１．中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室，湖南长沙４１００８３；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｕｌｌ， Ｈｕｌｌ，ＨＵ６７ＲＸ，ＵＫ） 摘　 要：为了提高ＴＢＭ刀具在不同地质工况下的适应能力以及破岩效率，针对岩土介质在刀具载荷作用下呈现的复杂 应力场，考虑岩土介质的裂隙、节理及围压的耦合作用，基于离散元法，依次建立了单一特定地层下单刀切割含倾斜节理 岩石、双刀切割节理不发育岩石以及含水平节理岩石的２Ｄ离散单元模型，观察到岩石在不同围压、节理参数、刀间距和 切割顺序下微裂纹的演化过程，并根据裂纹扩展方向和破碎块的形成规则的不同，归纳出ＴＢＭ刀具切割岩土时１２种不 同典型破碎形式，最终获得了破碎模式与具体工况的对应关系。 通过分析比较可知，大部分破碎形态与文献试验观察到 的宏观破碎现象具有良好的一致性。 关键词：ＴＢＭ刀具；破岩模式；裂纹扩展；工况；围压 ｄｏｉ：１０．１１９９０／ ｊｈｅｕ．２０１４０４０４７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１３９０．Ｕ１２５６．００４．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＰ３９１．９；Ｕ４５５．３１　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０９⁃１２４０⁃０６ Ｒｏｃｋ⁃ｂｒｅａｋｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ＴＢＭ ｃｕｔｔｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ １，２ １ １ １ １ １ ＺＨＡＮＧ Ｋｕｉ ，ＸＩＡ Ｙｉｍｉｎ ，ＺＨＵ Ｚｏｎｇｍｉｎｇ ，ＬＡＮ Ｈａｏ ，ＬＩＮ Ｌａｉｋｕａｎｇ ，ＪＩ Ｚｈｉｙｏｎｇ （１． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ；２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｕｌｌ，Ｈｕｌｌ，ＨＵ６７ＲＸ，ＵＫ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ａ ＴＢＭ ｃｕｔｔｅｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ２⁃Ｄ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｕｔｔｅｒ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗｉｔｈ ｉｎｃｌｉｎｅｄｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｃｕｔｔｅｒｓ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｒｏｃｋ ｗｉｔｈｏｕｔｊｏｉｎｔｓ ｏｒ ｗｉｔｈ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｆａｃｔｏｒｓｉｎｃｌｕｄｅｄｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｍｅｄｉａｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｏｆ ａＴＢＭｃｕｔｔｅｒ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎｒｏｃｋ ｃｒａｃｋｓ，ｊｏｉｎｔｓ，ａｎｄｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ． Ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｕｎｄｅｒ ｄｉｆ⁃ ｆｅｒｅｎｔ ｃｏ