為揭示盾構(gòu)機(jī)在地層中掘進(jìn)時(shí)滾刀的受力機(jī)理及磨損規(guī)律,根據(jù)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院（CSM）模型得到滾刀受力理論計(jì)算公式。基于巖體破壞失效理論建立滾刀線性破巖有限元模型,模擬分析滾刀破巖的動態(tài)受力特性;對比不同貫入度下滾刀受力CSM模型計(jì)算值與有限元仿真值的差異,驗(yàn)證CSM模型對中風(fēng)化泥巖地層中滾刀受力計(jì)算公式的適用性與準(zhǔn)確性�；贑SM模型推導(dǎo)反映滾刀磨損系數(shù)隨盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系,通過計(jì)算值與現(xiàn)場實(shí)測磨損數(shù)據(jù)對比,驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:對于成都地區(qū)軟質(zhì)中風(fēng)化泥巖地層,滾刀切削過程中所受到的法向力和切向力呈現(xiàn)波動變化,貫入度越大,滾刀受力值及其波動幅度越大;當(dāng)滾刀貫入度為15～40 mm時(shí),CSM模型計(jì)算得到的滾刀受力理論值與有限元仿真值偏差在15%以內(nèi);適當(dāng)提高貫入度,增大有效扭矩與有效推力的比值,有利于減小單位距離滾刀磨損量。 

【文章來源】：中國鐵道科學(xué). 2020,41(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

材料累進(jìn)破壞應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系

基于前述巖體破壞失效理論，以成都地鐵18號線為工程案例，建立滾刀線性破巖有限元模型，如圖2所示。該地鐵區(qū)間所穿越地層以軟質(zhì)中風(fēng)化泥巖為主，地層材料參數(shù)見表1。盾構(gòu)刀盤直徑為8.63 m，共配置滾刀51把，其中中心滾刀8把，正面滾刀28把，邊滾刀15把，滾刀平均間距為88.9 mm。盾構(gòu)機(jī)使用17英寸等截面盤形滾刀，根據(jù)工程所給刀具參數(shù)以及張照煌[18]測繪的盤形滾刀幾何形式，滾刀外圈直徑432 mm，刀尖圓角半徑R8 mm，內(nèi)圈直徑Φ302 mm，刀圈寬度80mm，刀圈頂刃寬度16 mm，刀刃角20o。滾刀的動態(tài)受力采用ABAQUS軟件進(jìn)行分析。巖土體的長、寬和高分別為800,400和200mm，底部采用全約束，兩側(cè)采用黏彈性人工邊界，用連續(xù)分布的并聯(lián)彈簧—阻尼器系統(tǒng)模擬。巖土體均為8結(jié)點(diǎn)線性6面體單元C3D8R，采用可反映材料硬化階段和斷裂失效的擴(kuò)展Druker-Prager本構(gòu)模型，并引入材料累進(jìn)破壞失效準(zhǔn)則，通過單元刪除功能實(shí)現(xiàn)滾刀破巖過程中巖體的破壞剝落，滾刀約束為剛體。

不同貫入度時(shí)，滾刀破巖后巖體的等效塑性應(yīng)變?nèi)鐖D3所示。從圖中可知，不同貫入度時(shí)巖體的破碎效果不完全相同。當(dāng)貫入度h≤25 mm時(shí)，2把滾刀所形成的塑性區(qū)并未貫通；隨著貫入度增大，塑性區(qū)域逐漸發(fā)展，等效塑性應(yīng)變持續(xù)增大；當(dāng)h=40 mm時(shí)，整條巖脊已處于塑性狀態(tài)，剛度大大退化，此時(shí)2條溝槽仍未連通，但塑性區(qū)的貫通說明巖脊中已有微裂紋發(fā)展。圖3 巖體等效塑性應(yīng)變

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：2978663