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Influence of confining stress on fracture characteristics and cutting efficiency of TBM cutters conducted on soft and hard rock 被引量:2
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作者 刘京铄 曹平 +1 位作者 刘杰 蒋喆 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期1947-1955,共9页
Combined with numerical simulation, the influence of confining stress on cutting process, fracture conditions and cutting efficiencies of soft and hard rock has been conducted on the triaxial testing machine(TRW-3000)... Combined with numerical simulation, the influence of confining stress on cutting process, fracture conditions and cutting efficiencies of soft and hard rock has been conducted on the triaxial testing machine(TRW-3000) designed and manufactured in Central South University(China). Results are obtained by performing analysis on the fracture scopes of cement and granite plates,the characteristics of cutting force in cutting processes and the cutting efficiency. Firstly, the increase of latitude fracture scope and the decrease of longitude fracture scope are both more notable in the tests conducted on cement plates subjected to the increasing confining stresses; secondly, the increase tendency of peak penetration forces obtained from tests conducted on granite plates is more obvious, however, the increase tendencies of average penetration forces achieved from cement and granite plates are close to each other; thirdly, the cutting efficiency could be improved by increasing the spacing between cutters when the confining stress which acts on soft and hard rock increases in a certain degree, and the cutting efficiency of soft rock is more sensitive to the varying confining stresses. 展开更多
关键词 triaxial testing machine numerical study tunnel boring machine(tbm) cutter confining stress soft and hard rock cutting efficiency
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Effects of discontinuities on penetration of TBM cutters 被引量:2
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作者 刘杰 曹平 +2 位作者 杜春黄 蒋喆 刘京铄 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期3624-3632,共9页
Based on the triaxial testing machine and discrete element method, the effects of embedded crack on rock fragmentation are investigated in laboratory tests and a series of numerical investigations are conducted on the... Based on the triaxial testing machine and discrete element method, the effects of embedded crack on rock fragmentation are investigated in laboratory tests and a series of numerical investigations are conducted on the effects of discontinuities on cutting characteristics and cutting efficiency. In laboratory tests, five propagation patterns of radial cracks are observed. And in the numerical tests, firstly, it is similar to laboratory tests that cracks ahead of cutters mainly initiate from the crushed zone, and some minor cracks will initiate from joints. The cracks initiating from crushed zones will run through the thinner joints while they will be held back by thick joints. Cracks tend to propagate towards the tips of embedded cracks, and minor cracks will initiate from the tips of embedded cracks, which may result in the decrease of specific area, and disturbing layers play as ‘screens', which will prevent cracks from developing greatly. The peak penetration forces, the consumed energy in the penetration process and the uniaxial compression strength will decrease with the increase of discontinuities. The existence of discontinuities will result in the decrease of the cutting efficiency when the spacing between cutters is 70 mm. Some modifications should be made to improve the efficiency when the rocks containing groups of discontinuities are encountered. 展开更多
关键词 tunnel boring machine(tbm cutter triaxial testing machine numerical model DISCONTINUITY cutting characteristic cutting efficiency
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Differentiation and analysis on rock breaking characteristics of TBM disc cutter at different rock temperatures 被引量:5
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作者 谭青 张桂菊 +1 位作者 夏毅敏 李建芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第12期4807-4818,共12页
In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis o... In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis of rock temperature change by using particle flow code theory and the influence law of interaction mechanism between disc cutter and rock was also numerically simulated.Furthermore,by using the linear cutting experiment platform,rock breaking process of TBM disc cutter at different rock temperatures was well verified by the experiments.Finally,rock breaking characteristics of TBM disc cutter were differentiated and analyzed from microscale perspective.The results indicate the follows.1) When rock temperature increases,the mechanical properties of rock such as hardness,and strength,were greatly reduced,simultaneously the microcracks rapidly grow with the cracks number increasing,which leads to rock breaking load decreasing and improves rock breaking efficiency for TBM disc cutter.2) The higher the rock temperature,the lower the rock internal stress.The stress distribution rules coincide with the Buzin Neske stress circle rules: the maximum stress value is below the cutting edge region and then gradually decreases radiant around; stress distribution is symmetrical and the total stress of rock becomes smaller.3) The higher the rock temperature is,the more the numbers of micro,tensile and shear cracks produced are by rock as well as the easier the rock intrusion,along with shear failure mode mainly showing.4) With rock temperature increasing,the resistance intrusive coefficients of rock and intrusion power decrease obviously,so the specific energy consumption that TBM disc cutter achieves leaping broken also decreases subsequently.5) The acoustic emission frequency remarkably increases along with the temperature increasing,which improves the rock breaking efficiency. 展开更多
关键词 tunnel boring maching(tbm) disc cutter rock temperature rock breaking characteristic numerical simulation
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不同刃型TBM滚刀载荷与振动特性实验研究
4
作者 张皓诣 张蒙祺 +2 位作者 莫继良 段文军 周仲荣 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1340-1350,共11页
全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂,破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效,易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理,开展滚刀破岩实验,获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随... 全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂,破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效,易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理,开展滚刀破岩实验,获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随着刀盘总推力和转速增加,滚刀振动幅度增大,这是由于推力与转速以不同方式增加了单位时间内岩石破碎的体积,因此岩石应变能的储存—释放过程更为剧烈,滚刀振动加剧;不同刃型滚刀侵入岩石的能力不同,亦会改变单位时间内破岩体积,影响滚刀振动;冲击与载荷突变同时发生,这是因为岩石蓄积的弹性应变能在岩石破裂时集中释放。本文研究可为滚刀选型、研发低振动新型滚刀结构、减少滚刀及刀盘开裂提供参考。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 滚刀刃型 破岩实验 振动特性 进给参数
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TBM刀盘裂纹损伤特性及疲劳可靠性研究
5
作者 王丁 曲传咏 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期121-128,共8页
刀盘作为硬岩掘进机(tunnel boring machine, TBM)工作过程中的核心受力载体,承受多方向的随机载荷,容易萌生裂纹导致疲劳失效,影响施工进度和安全,因此研究其裂纹疲劳可靠性具有重要意义。本研究通过受力分析得到刀盘易萌生裂纹区域及... 刀盘作为硬岩掘进机(tunnel boring machine, TBM)工作过程中的核心受力载体,承受多方向的随机载荷,容易萌生裂纹导致疲劳失效,影响施工进度和安全,因此研究其裂纹疲劳可靠性具有重要意义。本研究通过受力分析得到刀盘易萌生裂纹区域及应力特征,并使用子模型技术法计算刀盘裂纹应力强度因子,研究刀盘裂纹损伤特性;然后结合裂纹疲劳理论,构建了以裂纹扩展寿命为基本变量的TBM刀盘裂纹疲劳可靠性评估模型,应用JC法求解刀盘在不同工作环境下的可靠度,并讨论了不同因素对刀盘可靠度的影响。研究表明:裂纹尖端最深处的裂纹扩展以张开型和撕开型为主,而裂纹两端3种扩展形式都存在;刀盘的裂纹疲劳可靠度随着初始裂纹深度的增大而显著减小,随着裂纹形状比的增大而增大,而临界裂纹深度的变化对可靠度的影响不明显。 展开更多
关键词 tbm刀盘 裂纹疲劳可靠性模型 JC法 可靠度
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Design Optimization of TBM Disc Cutters for Different Geological Conditions 被引量:1
6
作者 Yimin Xia Kui Zhang Jingsheng Liu 《World Journal of Engineering and Technology》 2015年第4期218-231,共14页
A novel optimization methodology for the disc cutter designs of tunnel boring machines (TBM) was presented. To fully understand the characteristics and performance of TBM cutters, a comprehensive list of performance p... A novel optimization methodology for the disc cutter designs of tunnel boring machines (TBM) was presented. To fully understand the characteristics and performance of TBM cutters, a comprehensive list of performance parameters were investigated, including maximum equivalent stress and strain, specific energy and wear life which were closely related to the cutting forces and profile geometry of the cutter rings. A systematic method was employed to evaluate an overall performance index by incorporating objectives at all possible geological conditions. The Multi-objective & Multi-geologic Conditions Optimization (MMCO) program was then developed, which combined the updating of finite element model, system evaluation, finite element solving, post-processing and optimization algorithm. Finally, the MMCO was used to optimize the TBM cutters used in a TBM tunnel project in China. The results show that the optimization significantly improves the working performances of the cutters under all geological conditions considered. 展开更多
关键词 DISC cutter FINITE ELEMENT Method GEOLOGICAL Condition Structural Optimization tbm
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不同岩石工况下新型高硬韧TBM刀圈用钢的磨损特性试验研究
7
作者 蒋金哲 刘越 刘春明 《摩擦学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期622-632,共11页
TBM刀圈的磨损性能不仅取决于刀圈自身的组织及性能,而且与岩石的类型以及磨损载荷紧密相关.为此,选取了5种不同性能的刀圈钢,研究了磨损载荷以及岩石类型对试验钢磨损性能及磨损机制的影响.研究结果表明:在砂岩工况下,不同性能试验钢... TBM刀圈的磨损性能不仅取决于刀圈自身的组织及性能,而且与岩石的类型以及磨损载荷紧密相关.为此,选取了5种不同性能的刀圈钢,研究了磨损载荷以及岩石类型对试验钢磨损性能及磨损机制的影响.研究结果表明:在砂岩工况下,不同性能试验钢均表现出微观切削磨损机制,随着试验钢硬度的增加,磨损量减小,磨屑由卷曲条带状转变为木屑状.在花岗岩工况下,各试验钢磨损机制以犁削为主,磨屑呈粉末状或块状,磨损载荷较低时,耐磨性与试样硬度正相关,当磨损载荷增加到一定数值后,耐磨性同时取决于试验钢的硬度和韧性. 展开更多
关键词 tbm刀圈 硬度 韧性 磨损行为 岩石类型
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TBM盘形滚刀用圆锥滚子轴承设计及失效分析
8
作者 徐国丽 张凌 《凿岩机械气动工具》 2024年第3期22-26,共5页
TBM盘形滚刀用圆锥滚子轴承在隧道挖掘工程中扮演着关键角色,是破岩作业中的核心部件,由于依赖进口,价格昂贵且供货周期长。针对这一问题,开发了LYKJ749X22轴承,该轴承采用小角度外圈滚道设计,具有抗疲劳、刚性好、抗变形性能以及良好... TBM盘形滚刀用圆锥滚子轴承在隧道挖掘工程中扮演着关键角色,是破岩作业中的核心部件,由于依赖进口,价格昂贵且供货周期长。针对这一问题,开发了LYKJ749X22轴承,该轴承采用小角度外圈滚道设计,具有抗疲劳、刚性好、抗变形性能以及良好的径向承载能力。为使轴承在冲击负荷下不易破损,内外圈体设计为表面硬、心部软,采用含铬、镍、钼等合金元素的渗碳钢材料。结构设计上,以降低表面压力并使其分布均匀为目标,采用凸度结构设计,并通过有限元分析确定合理的凸度组合,也分析了轴承的密封及其润滑、失效等情况,并针对各种问题提出了改善对策。这些研究为TBM盘形滚刀用圆锥滚子轴承的设计、制造和应用提供了重要的参考。 展开更多
关键词 tbm 盘形滚刀 圆锥滚子轴承 凸度
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完整极硬岩条件下TBM连续高效破岩技术 被引量:1
9
作者 林弟涛 《国防交通工程与技术》 2024年第3期77-81,42,共6页
以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温... 以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温度,并重点强化了刀盘的耐磨性;减小刃宽保证贯入度,将边刀刀圈允许磨损部分外侧加厚2.5 mm。在辅助破岩措施上,控制爆破实现人造裂隙;在连续转弯破岩技术环节上,提高TBM主轴承强度,并不断优化掘进参数进一步提高掘进效率。实践应用效果良好。 展开更多
关键词 tbm 硬岩 破岩效率 刀盘设计 刀间距 耐磨性 主轴承 小转弯半径
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TBM滚刀破岩动态特性与最优刀间距研究 被引量:85
10
作者 谭青 易念恩 +3 位作者 夏毅敏 徐孜军 朱逸 宋军华 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2453-2464,共12页
在对实际工况合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立滚刀侵入岩体的二维模拟模型,研究双滚刀作用下岩体的动态响应机制,找出滚刀侵入过程中岩体裂纹、贯入度以及切削力三者的关系。在此基础上,通过数值模拟对常见... 在对实际工况合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立滚刀侵入岩体的二维模拟模型,研究双滚刀作用下岩体的动态响应机制,找出滚刀侵入过程中岩体裂纹、贯入度以及切削力三者的关系。在此基础上,通过数值模拟对常见切深下滚刀最优刀间距问题进行分析,得到不同切深下比能耗与刀间距的规律,并通过试验对双滚刀破岩过程中岩体动态特性以及最优刀间距问题进行验证,最后以工程实例验证研究结论。研究表明:仿真过程中,切削力随贯入度的变化与岩体的跃进破碎特性相一致,岩体破坏服从格里菲斯理论;较小切深下岩体为剪切破坏,较大切深下岩体发生拉应力破坏;切深为10 mm时比能耗有明显拐点,此时刀间距为100 mm;切深为6 mm时,60 mm刀间距下比能耗最小;切深小于2 mm时,实际工况下岩体不能产生贯穿裂纹。 展开更多
关键词 岩石力学 隧道掘进机滚刀 破岩 比能耗 刀间距 颗粒离散元
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TBM滚刀破岩过程影响因素数值模拟研究 被引量:84
11
作者 孙金山 陈明 +2 位作者 陈保国 卢文波 周传波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1891-1897,共7页
全断面岩石掘进机(TBM)的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成... 全断面岩石掘进机(TBM)的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成较大岩碴;强度较高的岩石中滚刀的侧向挤压促使形成块度较小的片状岩碴;双刃滚刀作用下岩石表面受到强烈挤压后出现较大的拉应力,使岩石更易破碎,且仅在强度较高的岩石中才易形成透镜状岩碴。滚刀破岩过程中存在能耗最小的最佳间距,该最佳间距随着岩石强度的增大而减小。滚刀破岩过程中,结构面对裂纹扩展具有显著的控制性作用,并阻隔损伤向结构面下的岩石中渗透;随着结构面与滚刀侵入方向夹角的减小,结构面将引导裂纹向岩石深部扩展,而当夹角较大时,结构面则会引导裂纹横向扩展,易导致大块岩碴的形成。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(tbm) 滚刀 破岩 颗粒流法 数值模拟
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不同围压条件下TBM刀具破岩模式的数值研究 被引量:59
12
作者 张魁 夏毅敏 +1 位作者 谭青 周子龙 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1780-1787,共8页
为了研究不同围压条件下TBM刀具在掘进施工过程中的破岩机理,基于2-D离散单元法,利用UDEC仿真软件建立了双把TBM刀具侵入岩石的仿真模型。在此基础上设计了一组数值试验,成功地模拟出了不同围压条件以及不同刀间距下岩石裂纹生成,扩展... 为了研究不同围压条件下TBM刀具在掘进施工过程中的破岩机理,基于2-D离散单元法,利用UDEC仿真软件建立了双把TBM刀具侵入岩石的仿真模型。在此基础上设计了一组数值试验,成功地模拟出了不同围压条件以及不同刀间距下岩石裂纹生成,扩展和岩石破碎的全过程。仿真结果表明:TBM刀具作用下岩石存在四种基本的破碎模式,它们的出现与围压以及刀间距有关;破碎模式对刀具的破岩效率,岩石破碎块度均有影响;随着围压的增加,最优刀间距增大,但围压超过一定值后,最优刀间距反而减小。 展开更多
关键词 tbm刀具 UDEC 仿真 围压 最优刀间距 裂纹扩展 破碎模式
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节理岩体下TBM单刃和双刃滚刀破岩特性研究 被引量:17
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作者 张旭辉 夏毅敏 +3 位作者 谭青 林赉贶 劳同炳 刘杰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1424-1431,共8页
为了研究在考虑节理地质条件下的两种TBM滚刀破岩规律,采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的侵入破岩模型,分析节理岩体下两种滚刀侵入破岩的动态过程、裂纹扩展等规律。研究表明:两种滚刀在侵入节理岩体时,裂纹形成和扩展分... 为了研究在考虑节理地质条件下的两种TBM滚刀破岩规律,采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的侵入破岩模型,分析节理岩体下两种滚刀侵入破岩的动态过程、裂纹扩展等规律。研究表明:两种滚刀在侵入节理岩体时,裂纹形成和扩展分为两个典型阶段,两种滚刀在受力以及裂纹数目上存在差异;随节理特征的改变,节理对两种滚刀作用下的裂纹扩展呈引导和阻隔效应,节理间距超过80 mm后,双刃滚刀作用下的裂纹扩展依然受到节理的控制;依据两种滚刀破岩产生的岩碴方式分为常规破岩和节理面协同破岩两种形式;单刃滚刀作用下岩体内部的应力分布随节理倾角变化而偏转,双刃滚刀作用下的应力分布随节理倾角变化影响不大;两种滚刀破岩效率随节理特征改变而改变,当刀间距合适时,双刃滚刀相比单刃滚刀破岩效率要高;双刃滚刀侵入节理岩体存在一个最优刀间距使得破岩效率最高,最优刀间距随节理倾角增加先增大后减小。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩 节理 裂纹 比能耗
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基于磨料磨损的TBM滚刀磨损预测研究 被引量:48
14
作者 赵海鸣 舒标 +1 位作者 夏毅敏 郑伟 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期152-158,共7页
为准确预测滚刀磨损量及其寿命,通过分析滚刀工作工况及磨损后表面形貌,得出以磨料磨损为主要形式的滚刀磨损中,引起刀圈表面材料去除的机制主要是基于塑性去除的显微切削与犁沟去除,以及基于韧性断裂去除的微观断裂剥离,硬度低韧性高... 为准确预测滚刀磨损量及其寿命,通过分析滚刀工作工况及磨损后表面形貌,得出以磨料磨损为主要形式的滚刀磨损中,引起刀圈表面材料去除的机制主要是基于塑性去除的显微切削与犁沟去除,以及基于韧性断裂去除的微观断裂剥离,硬度低韧性高的滚刀以发生塑性去除机制为主,硬度高韧性低时以发生断裂去除机制为主。通过推导塑性去除机制与韧性断裂去除机制产生的磨损量计算式,并利用图像处理技术对滚刀磨损表面SEM图像进行处理确定这2种机制所产生的磨损量之比,建立耦合这2种去除机制的滚刀磨损量预测公式,并在多功能硬岩滚刀试验台上进行实验验证,实验结果表明预测模型能较准确地反映滚刀的实际磨损。 展开更多
关键词 tbm滚刀 磨料磨损 磨损预测 韧性断裂 磨损形貌
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基于颗粒流模型的TBM滚刀破岩过程数值模拟研究 被引量:73
15
作者 苏利军 孙金山 卢文波 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2009年第9期2823-2829,共7页
为了研究全断面岩石掘进机(TBM)盘型滚刀的破岩机制及其影响因素,采用颗粒流方法建立了岩石与滚刀的二维数值模型,实现了对TBM滚刀破岩过程的模拟。分析表明,滚刀的破岩过程可分为冲击挤压破碎、大量微裂纹生成、张拉性主裂纹扩展3个阶... 为了研究全断面岩石掘进机(TBM)盘型滚刀的破岩机制及其影响因素,采用颗粒流方法建立了岩石与滚刀的二维数值模型,实现了对TBM滚刀破岩过程的模拟。分析表明,滚刀的破岩过程可分为冲击挤压破碎、大量微裂纹生成、张拉性主裂纹扩展3个阶段,证实了滚刀破岩的挤压-张拉破坏理论。在滚刀侵入深度相同的前提下,随着刀圈刃角以及刃宽的增加,滚刀下的压碎区也相应增大,张拉性主裂纹数目增多,滚刀的破岩能力提高;与平刃刀圈相比,楔刃刀圈的"楔块劈裂"作用更加显著,使径向裂纹扩展得更快且更深入岩石内部。TBM滚刀对强度较高或较低岩石的破坏损伤较小,而对中等强度的岩石破坏损伤最为显著。 展开更多
关键词 tbm 滚刀 破岩机制 颗粒流法 数值模拟
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不同围压及切削顺序对TBM刀具破岩机理的影响 被引量:39
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作者 张魁 夏毅敏 徐孜军 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期100-106,共7页
在综合考虑围压及刀具切削顺序的前提下,利用二维离散单元法建立双把TBM刀具切削节理不发育岩石的仿真模型,模拟出岩石裂纹的生产与扩展全过程。根据获得的裂纹扩展形态以及破碎块形成规则,总结归纳出四种典型破碎模式,并从刀具破岩效... 在综合考虑围压及刀具切削顺序的前提下,利用二维离散单元法建立双把TBM刀具切削节理不发育岩石的仿真模型,模拟出岩石裂纹的生产与扩展全过程。根据获得的裂纹扩展形态以及破碎块形成规则,总结归纳出四种典型破碎模式,并从刀具破岩效率、岩石裂纹扩展能力以及岩石破碎块度三个方面对刀具破岩机理进行进一步研究。仿真结果表明:随着围压的增加,刀具的破岩效率与裂纹扩展能力降低;同时加载方式下破岩效率比先后加载方式要大,而裂纹扩展能力则刚好相反;岩石破碎块度与破碎模式有关。 展开更多
关键词 围压 切削顺序 tbm刀具 裂纹扩展
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TBM刀具设计中围岩力学参数的选择 被引量:30
17
作者 徐则民 黄润秋 张倬元 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期230-234,共5页
围岩力学特性是隧道掘进机———TBM刀具设计中必须考虑的重要因素 ,而且这一因素也直接关系到TBM的总体设计及选用TBM施工的可行性。选择以单轴抗压强度为核心的参数系统作为刀具设计依据是不完善的。TBM掘进过程中 ,刀具正下方因承受... 围岩力学特性是隧道掘进机———TBM刀具设计中必须考虑的重要因素 ,而且这一因素也直接关系到TBM的总体设计及选用TBM施工的可行性。选择以单轴抗压强度为核心的参数系统作为刀具设计依据是不完善的。TBM掘进过程中 ,刀具正下方因承受纵向压力而下陷 ,刀具两侧附近岩石由于受到平行掌子面的挤压而隆起。岩石下陷和隆起的同时 ,其内部出现张性或张剪性破裂面。当相临刀具诱发的隆起区重叠时 ,岩石便以碎块的形式脱离掌子面。在刀具荷载作用下 ,掌子面上两点之间的相对位移越大 ,对掘进越有利 ,而不同点之间的相对位移受岩石泊松比 μ和弹性模量E的控制。较大的 μ、较小的E对TBM掘进是有利的。除了单轴抗压强度外 ,刀具设计还应综合考虑变形参数 μ和E 。 展开更多
关键词 tbm 刀具 围岩力学 单轴抗压强度 弹性模量 隧道 掘进机
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复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析 被引量:10
18
作者 凌静秀 孙伟 +2 位作者 杨晓静 练国富 江吉彬 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期633-639,共7页
为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不... 为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘的疲劳寿命,本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象,采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子,并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律,为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明,当裂纹位置角为45°或135°时,裂纹尖端的等效应力强度因子最大,对结构损伤最严重;形状比对K_Ⅰ值影响最显著,形状比越大,尖端K_Ⅰ值相差越大,在深度方向的扩展趋势也越强;K_Ⅰ、K_Ⅱ及K_Ⅲ值均随裂纹深度的增加而增大,裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主,而表面点则是3种开裂形式并存。 展开更多
关键词 tbm刀盘 应力强度因子 裂纹 复杂应力状态 子模型技术 裂纹形状比 疲劳寿命
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不同地质工况条件下TBM刀具破岩模式研究 被引量:8
19
作者 张魁 夏毅敏 +3 位作者 朱宗铭 兰浩 林赉贶 暨智勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1240-1245,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 tbm刀具 破岩模式 裂纹扩展 工况 围压
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不同围压下节理岩体中TBM滚刀破岩效率研究 被引量:8
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作者 温森 孔庆梅 +2 位作者 杨圣奇 盛桂琳 赵丽敏 《现代隧道技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期148-154,共7页
为提高TBM掘进效率,降低TBM施工成本,有必要研究节理岩体中的滚刀破岩效率。为此,文章采用二维离散元软件UDEC研究在不同围压下,节理间距、节理倾角、滚刀间距及贯入度对破岩效率的影响规律。研究表明:(1)节理倾角以30°附近为界向... 为提高TBM掘进效率,降低TBM施工成本,有必要研究节理岩体中的滚刀破岩效率。为此,文章采用二维离散元软件UDEC研究在不同围压下,节理间距、节理倾角、滚刀间距及贯入度对破岩效率的影响规律。研究表明:(1)节理倾角以30°附近为界向上增加或向下减小,比能耗随围压增加而减小的趋势变缓,并且在接近90°和0°时,围压的增加对滚刀破岩呈现不利影响;(2)节理岩体节理间距越小,比能耗受围压影响越明显。随着节理间距的增加,围压对比能耗的影响逐渐弱化,直至消失;(3)节理倾角0°附近,在满足安装要求的情况下滚刀间距宜取小值;节理倾角30°附近,刀间距100 mm左右时比能耗最小;节理倾角60°时,刀间距120 mm左右比能耗最小;(4)在滚刀之间裂隙贯通的前提下,节理岩体取较小贯入度时破岩效率较高。 展开更多
关键词 tbm滚刀 破岩效率 围压 节理倾角 节理间距 滚刀间距 贯入度
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