全斷面掘進(jìn)機(jī)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(xué)技術(shù)水平的提高，盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，應(yīng)用盾構(gòu)法進(jìn)行地下空間工程施工已受到我國(guó)政府相關(guān)部門和施工企業(yè)的高度的重視。盤形滾刀作為盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)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(guó)內(nèi)有關(guān)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)盤形滾刀破巖特性的研究與國(guó)外相比較，尚處于探索階段。因此，在廣泛閱讀和鉆研國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)有關(guān)刀具破巖理論，相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)盤形滾刀破巖作用下，巖石介質(zhì)的

2、失效形式、破壞準(zhǔn)則進(jìn)行深入全面的了解，為建立刀具的破巖機(jī)理奠定理論基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)刀具切削性能進(jìn)行研究，為刀具的結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)上刀具的布置提供依據(jù)，從而達(dá)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(jī)理及滾刀受力模型:研究滾刀力學(xué)性質(zhì)、巖石損傷現(xiàn)象及破壞機(jī)理、巖石本構(gòu)關(guān)系的細(xì)微統(tǒng)計(jì)損傷模型，歸納了滾刀受力預(yù)測(cè)模型，包括伊萬(wàn)斯(Evans)預(yù)測(cè)公式、秋三藤三郎預(yù)測(cè)公式、科羅拉多礦業(yè)學(xué)院預(yù)測(cè)公式

3、等，為滾刀布置優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了受力模型的理論基礎(chǔ)。
　　(2)通過(guò)對(duì)盤形滾刀破巖機(jī)理的分析，在已有的巖石材料本構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)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(zhǔn)則，以更加滿足盾構(gòu)施工的實(shí)際情況。在ANSYS軟件中建立盤形滾刀破巖過(guò)程有限元分析模型，動(dòng)態(tài)模擬刀具對(duì)巖土周邊的擾動(dòng)情況以及刀具受力特性。通過(guò)仿真，驗(yàn)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(zhì)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(chǔ)上，分析了刀刃角、切削深度、地質(zhì)條件以及切削速度等因素對(duì)切削性能的影響規(guī)律。采用正交試驗(yàn)技術(shù)，研究了五因素作用下對(duì)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(shè)計(jì):綜合考慮破巖機(jī)理、施工參數(shù)以及典型巖石地質(zhì)條件，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)以及同合作單位的一線工程技術(shù)專家探討，給出一般性的TBM滾刀布置設(shè)計(jì)問(wèn)題需滿足的技術(shù)要求，建立全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)滾刀布置優(yōu)化模型，給出了全斷面巖