地应力对双刃盘形滚刀破岩效率影响研究

全断面掘进机开挖深部地层时滚刀破岩受地应力影响显著。为探究地应力作用下盘形滚刀破岩特征规律,基于颗粒流离散元程序,构建了不同地应力下竖井掘进机双滚刀侵入破岩数值模型。探究了滚刀作用下地应力对岩体内破岩比能耗、裂纹扩展模式、滚刀受力的影响。结果表明:盘形滚刀破岩过程中,密实核的形成是张拉和剪切共同作用形成,而块状岩渣的形成则是张拉作用导致的结果;围压增大时产生明显的侧向限制作用,破碎区域位置发生变化,裂纹由滚刀的正下方向侧向自由面转移;试验条件下,千枚岩在围压大于30 MPa以后,破碎较为困难;随着地应力的增大,双滚刀破岩的垂直力线性增大,破碎面积线性减小,破岩比能耗线性增大。