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硬质岩层中TBM滚刀破岩效率预测模型研究 被引量：8
1
作者 乔世范 王超 +2 位作者 刘红中 蒋泽龙 董常瑞 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1094-1102,共9页
硬质岩层的盾构施工中,全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩效率的研究及工程实践广受关注,目前已有的研究成果不能很好地指导TBM掘进参数的设定以及有效提升破岩效率。为解决这一问题,在破岩效率评价标准的基础上... 硬质岩层的盾构施工中,全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩效率的研究及工程实践广受关注,目前已有的研究成果不能很好地指导TBM掘进参数的设定以及有效提升破岩效率。为解决这一问题,在破岩效率评价标准的基础上,基于比能耗理论对TBM滚刀破岩效率预测模型展开研究。首先,分别推导得到非协同模式和协同模式下的破岩体积计算公式,并对2种模式下的破岩体积进行了计算和分析;其次,结合滚刀法向推力数学模型的推导结果,联立所得破岩体积及滚刀法向推力的相关公式,得到TBM滚刀破岩效率预测模型;最后,依托实际工程的应用及分析对本文所建立的破岩效率预测模型的合理性和实用性进行验证。研究结果表明:相比于其他情况,张拉破坏主导下的滚刀破岩效率更高;所建模型可以有效地应用于TBM掘进现场的破岩效率预测工作中。结合工程案例的有关计算和分析结果,给出了以控制比能耗为主要目标的滚刀贯入度的取值建议,为类似工程建设提供了有效的参考。 展开更多
关键词 硬质岩层 比能耗 破岩体积 滚刀法向推力 tbm滚刀破岩效率预测模型 贯入度
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高压水射流前方切缝辅助TBM滚刀破岩试验研究 被引量：4
2
作者 韩伟锋 《铁道标准设计》 北大核心 2023年第4期130-135,共6页
为提升坚硬岩层TBM滚刀破岩效率,降低滚刀磨损及消耗进而提高TBM整机掘进速度,采用最新研制的高压水射流辅助TBM滚刀破岩试验测试系统,进行坚硬花岗岩水射流先行切割滚刀后行破岩的室内试验,研究同一掌子面相同切深、不同刀间距条件下... 为提升坚硬岩层TBM滚刀破岩效率,降低滚刀磨损及消耗进而提高TBM整机掘进速度,采用最新研制的高压水射流辅助TBM滚刀破岩试验测试系统,进行坚硬花岗岩水射流先行切割滚刀后行破岩的室内试验,研究同一掌子面相同切深、不同刀间距条件下全尺度滚刀的受力规律和破岩特征。结果表明,完整岩石及水射流作用下滚刀的法向力、滚动力和侧向力随刀间距的增加缓慢增加;相比完整岩石,三向力降低幅度分别为19%~41%、10%~34%和16%~59%,破岩体积增加24%~72%,破岩比能降低7%~48%,切割系数升高幅度为6%~17%,且随着刀间距的增加缓慢降低;水射流切缝岩石碎片的尺寸明显增大,但岩粉质量有所降低,岩石破坏多数以张拉破坏为主。 展开更多
关键词 高压水射流切缝 tbm滚刀破岩试验 滚刀三向力 破岩比能 破坏特征
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TBM滚刀刃型对破岩效率影响试验研究
3
作者 杨沐霖 耿麒 李志彪 《南方农机》 2025年第8期118-121,共4页
【目的】揭示刃型对滚刀破岩的影响规律。【方法】采用室内试验与有限元仿真相结合的方式,利用自制的多功能缩尺滚刀直线破岩试验台,对平刃、楔刃与复合刃3种不同刃型滚刀进行破岩效率研究,同时使用有限元软件ABAQUS对3种不同刃型滚刀... 【目的】揭示刃型对滚刀破岩的影响规律。【方法】采用室内试验与有限元仿真相结合的方式,利用自制的多功能缩尺滚刀直线破岩试验台,对平刃、楔刃与复合刃3种不同刃型滚刀进行破岩效率研究,同时使用有限元软件ABAQUS对3种不同刃型滚刀的破岩过程进行模拟,揭示破岩机理。【结果】1)楔刃滚刀的破岩载荷最小,平刃滚刀产生的岩碴质量最大,复合刃滚刀的破岩比能最小且破岩效率最高;2)试验过程中,楔刃滚刀出现了崩刃的现象,平刃与复合刃滚刀完整度较高;3)仿真分析进一步揭示了不同刃型滚刀在破岩过程中刀下裂缝的扩展规律,楔刃与复合刃滚刀由于接触面积小、压力集中,可以有效地降低破岩载荷。【结论】楔刃和复合刃滚刀因存在楔形结构,所以能有效降低破岩载荷,其中复合刃滚刀因产生的岩碴质量更大,表现出了更好的破岩效率。尽管楔刃滚刀在试验中出现了崩刃现象,但楔形结构对提高滚刀破岩效率具有重要作用,可以为未来的TBM滚刀设计与优化工作提供参考。 展开更多
关键词 tbm滚刀破岩 破岩比能 滚刀刃型 有限元仿真
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倾斜临空面下隧道掘进机滚刀贯入破岩研究 被引量：6
4
作者 周建 尚肖楠 +2 位作者 刘福深 沈君逸 廖星川 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期705-714,共10页
在临空面辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的过程中,当滚刀在垂直临空面附近完成破岩后,垂直临空面将变为倾斜临空面。为了研究倾斜临空面对滚刀贯入破岩的影响,利用近场动力学方法建立了三维模型,考虑了临空面... 在临空面辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的过程中,当滚刀在垂直临空面附近完成破岩后,垂直临空面将变为倾斜临空面。为了研究倾斜临空面对滚刀贯入破岩的影响,利用近场动力学方法建立了三维模型,考虑了临空面倾斜程度以及滚刀临空距离的变化,开展了一系列数值研究。模拟结果表明,在倾斜临空面辅助TBM滚刀贯入破岩工况下,岩石存在两种破碎模式,一种为内部裂纹扩展模式,另一种为内部压碎区扩大模式。在滚刀临空距离固定为40 mm的情况下,随着临空面倾角θ余切值cotθ的增加,岩石破碎逐渐从内部裂纹扩展模式转变为内部压碎区扩大模式,滚刀的法向峰值力与破岩消耗能量也逐渐增大,而且内部压碎区扩大模式的破岩效率比内部裂纹扩展模式低。随着滚刀临空距离的增加,滚刀法向峰值力、破岩消耗能量与破岩体积逐渐增加,同时滚刀的破岩效率也得到了提升。 展开更多
关键词 近场动力学 三维tbm滚刀破岩 临空面 倾斜程度 临空距离
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利用近场动力学方法模拟隧道掘进机滚刀三维贯入破岩 被引量：6
5
作者 周建 尚肖楠 +2 位作者 刘福深 沈君逸 廖星川 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2732-2743,2756,共13页
近场动力学方法是一种非局部无网格数值方法,在模拟固体的动力损伤断裂方面具有优势,首次提出采用近场动力学方法模拟隧道掘进机(tunnel boring mechine,简称TBM)滚刀三维贯入破岩,并模拟了7组试验来验证。通过模拟压头贯入试验,展示了... 近场动力学方法是一种非局部无网格数值方法,在模拟固体的动力损伤断裂方面具有优势,首次提出采用近场动力学方法模拟隧道掘进机(tunnel boring mechine,简称TBM)滚刀三维贯入破岩,并模拟了7组试验来验证。通过模拟压头贯入试验,展示了近场动力学方法模拟刀具贯入破岩的可行性。同时,提出了非线性短程力接触模型,证明了该接触模型可以较好地反映TBM滚刀法向力随贯入深度的变化趋势,还能够反映滚刀在贯入过程中与岩石接触面积的变化情况。利用所提非线性短程力接触模型模拟了5组不同围压作用下的TBM滚刀三维贯入试验,并与试验结果比对。模拟结果表明,提出的接触模型能够计算滚刀峰值力随不同围压的变化,并且可以得到合理的岩石表面破坏形式。近场动力学方法使用简便,仅需要两个标定参数便可以模拟TBM滚刀三维贯入破岩,具有实际工程应用前景。 展开更多
关键词 近场动力学 三维tbm滚刀破岩 贯入试验 围压
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