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节理岩体下TBM单刃和双刃滚刀破岩特性研究
  • ISSN号:1006-7043
  • 期刊名称:《哈尔滨工程大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:U455.31[建筑科学—桥梁与隧道工程;交通运输工程—道路与铁道工程]
  • 作者机构:[1]中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083, [2]中南大学机电工程学院,湖南长沙410083, [3]中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(2013CB035401);国家高技术研究发展计划(2012AA041803);国家自然科学基金项目(51274252,51475478);中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助(2016zzts043).
中文摘要:

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。

英文摘要:

In this study, we investigated the breaking behavior of rock penetrated by two types of tunnel boring machine (TBM ) disc cutters with respect to the geological condition of the joint. We used the particle discrete element method to establish a model for penetrating the rock with the two types of cutters and analyzed the dynamic breaking behavior of rock and crack propagation. Our results show that the formation and propagation of cracks involves two classic stages and that the force and number of cracks differ when penetrating a jointed rock using two types of cutters. A change in the joint angle has guide and blocking effects on crack propagation. When using a double-pint cutter and the joint spacing is more than 80 mm , this angle controls the crack propagation. With respect to the formation of rock chips, the rock exhibits regular and joint-coordinated breaking modes based on the type of slag produced by the breaking rocks. When using a single-point cutter, a change in joint angle deflects the stress distribu-tion caused by the cutter inside the rock but has little effect on the stress distribution caused by the two-point cutter. The rock-breaking efficiency of the two cutters changes with changes in the joint characteristics. When the cutter spacing is adequate, the double-point cutter has higher efficiency than the single-point cutter. There is an optimal cutter spacing that maximizes the efficiency of breaking rocks when the double-point cutter is penetrating a jointed rock, and this spacing will increase first and then decrease with increases in the joint angle.

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期刊信息
  • 《哈尔滨工程大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
  • 主办单位:哈尔滨工程大学
  • 主编:杨士莪
  • 地址:哈尔滨市南岗区南通大街145号1号楼
  • 邮编:150001
  • 邮箱:xuebao@hrbeu.edu.cn
  • 电话:0451-82519357
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-7043
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1390/U
  • 邮发代号:14-111
  • 获奖情况:
  • 工信部科技期刊评比"优秀期刊奖",中国高校科技期刊评比"精品期刊奖","北方十佳期刊奖",首届黑龙江省政府出版奖--优秀期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:11823