全斷面隧道掘進機盤形滾刀組合破巖機理研究.pdf

1、全斷面隧道掘進機(TBM)是一種用于地下工程全斷面開挖的機械施工設(shè)備,具有施工效率高、安全可靠、施工質(zhì)量高等優(yōu)點,因而在國內(nèi)外得到越來越廣泛地使用。盤形滾刀是掘進機刀盤上的主要破巖刀具,其破巖性能直接影響了掘進機的掘進效率和施工成本。因此,研究盤形滾刀的破巖機理、破巖過程以及滾刀的布置規(guī)律,對于優(yōu)化滾刀布局,提高滾刀破巖效率,提高滾刀使用壽命、建立刀盤設(shè)計理論具有重要的意義。本文對全斷面隧道掘進機盤形滾刀的組合破巖機理開展研究,主要完成

2、了以下內(nèi)容:
　　(1)介紹了盤形滾刀的分類以及結(jié)構(gòu)形式,研究了巖石的彈塑性本構(gòu)模型和斷裂損傷特性。闡述了國內(nèi)外廣泛使用的滾刀受力模型。分析了掘進機刀盤的設(shè)計準(zhǔn)則和滾刀布置規(guī)律。根據(jù)滾刀組合破巖模型的特點,重點研究了滾刀刀間距和安裝半徑等關(guān)鍵參數(shù)對于組合破巖的影響;
　　(2)闡述了顯式動力學(xué)的基本原理,研究了Drucker-Prager非線性彈塑性本構(gòu)模型。基于ABAQUS建立了滾刀壓痕模型,得到了滾刀擠壓巖石的應(yīng)力應(yīng)變情

3、況以及滾刀的受力大小,將得到的結(jié)果與壓痕試驗的結(jié)果對比,證明 D-P本構(gòu)模型定義巖石類材料的正確性。在此基礎(chǔ)之上,引入巖石斷裂損傷準(zhǔn)則,建立了兩把滾刀線性破巖的有限元模型,研究了刀間距與滾刀受力的關(guān)系,將得到的結(jié)果與國外線性切割試驗結(jié)果進行對比。最后,基于ABAQUS的多體動力學(xué)特性,建立了三把滾刀組合回轉(zhuǎn)破巖模型,研究了滾刀回轉(zhuǎn)運動時滾刀之間的相互作用,以及滾刀回轉(zhuǎn)半徑對于滾刀受力和破巖效果的影響,并將組合破巖與線性破巖進行對比分析,