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盾构切刀顺次破岩机制的数值模拟研究
  • ISSN号:1000-7598
  • 期刊名称:岩 土力学
  • 时间:2013
  • 页码:3625-3632
  • 分类:TU452[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程] 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]中南大学机电工程学院,长沙410083, [2]中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083, [3]湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭411105
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.51074180,No.51274252);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(No.2007CB71400);中国博士后科学基金特别资助项目(No.201003519);湖南省科技重大专项(No.2010FJl002);长沙市科技重大专项(No.K1003149-11).
  • 相关项目:盾构刀群与岩土耦合作用机理及应用研究
中文摘要:

在对盾构切刀顺次破岩实际工况提出合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立了切刀破岩的二维数值模型,研究了两把盾构切刀顺次作用下的破岩机制和影响因素,并通过试验对切刀破岩过程中切屑堆积现象及破岩力学特性进行了验证。研究表明,刀具尖端的破坏作用最为明显;切削岩石时切削力随着切削行程不断波动,水平切削力大于垂直切削力;不同于单刀切削,切刀顺次作用时前刀刮过的岩面留下了大量残余裂纹,使得后刀所受的切削力减小;从切削性能来看,随着切削深度的增加,岩石破碎块度不断增大,切削力和裂纹数迅速增加,说明切深与切削力密切相关;切削试验观测到了切屑在前刀面堆积和切削力的波动现象,与数值模拟具有较好的一致性。

英文摘要:

From the perspective of microstructure of rocks, based on reasonably simplifying the actual tunneling condition, and by employing particle flow code (PFC2D), two-dimensional numerical simulation of rock fragmentation of shield machine cutters is put forward. The mechanism of rock fragmentation under the situation of sequential cutting by two shield cutters is studied; its influential factors and corresponding experiments are carried out to verify the mechanical properties of rock fragmentation. Studies show that: first, it is the cutter's tip that is of the most destructive effect; second, the force of cutters fluctuates constantly along with the cutting process; and the horizontal cutting force is greater than the vertical cutting force; third, it is different between the single-pole cutting and sequential cutting since in the process of sequential cutting, the former cutter leaves many residual cracks, which decrease the cutting force of the following cutter; forth, from the aspect of cutting performance, rock cracks become bigger and cutting force become greater as cutters go deeper; so we can conclude that the cutting depth and the cutting force are closely related; last, the experimental situation of the accumulation of cracks and chips at the front of cutters and the wave phenomenon of cutting force in the experiment show great agreement with the results of numerical simulation.

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期刊信息
  • 《岩土力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 主编:孔令伟
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:ytlx@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87198484 87199252
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-7598
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1199/O3
  • 邮发代号:38-383
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,美国《工程索引》EI收录期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),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),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:56873