风化软岩地层中盾构切刀切削特性模拟研究

结合福州地铁5号线下穿福厦高铁段风化软岩的力学特性,采用Drucker–Prager本构模型模拟风化软岩的本构关系,并通过建立切刀切削风化软岩的三维有限元模型,从水平切削力、失效单元体积和比能3个方面,对切刀在不同切削深度、切削速度及切刀前角条件下的风化软岩切削效果进行参数化模拟研究。研究结果表明:切刀切削风化软岩过程由一系列剪切破坏组成,切削力以一定均值上下波动,增大切削深度时,切削力与失效单元体积均增大,比能减小,对破岩效果影响较大;增大切刀前角时,切削力与比能均减小,失效单元体积变化不大;改变切削速度对切削力与比能影响较大,失效单元体积基本无变化。盾构切刀在切削深度为20 mm、切刀前角为20°、切削速度为800 mm/s时切削效果最佳,为该类地层切刀破岩最优设计。