【摘要】：全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)施工法具有機(jī)械化程度高、掘進(jìn)速度快、作業(yè)環(huán)境好、生態(tài)擾動(dòng)小以及綜合效益優(yōu)等特點(diǎn),已成為了目前國內(nèi)外隧洞工程的重要施工手段。但由于TBM對(duì)工作地質(zhì)條件適應(yīng)性差這一特殊性,使得現(xiàn)有應(yīng)用于傳統(tǒng)鉆爆法施工的圍巖探測技術(shù)不能直接應(yīng)用于TBM施工。因此,如何快速、準(zhǔn)確地超前獲取TBM施工洞段巖體基本物理力學(xué)特性,尤其是巖石強(qiáng)度和耐磨性參數(shù),是保證TBM施工安全與提高掘進(jìn)效率亟需解決的問題。應(yīng)用多功能數(shù)字鉆進(jìn)測試系統(tǒng),進(jìn)行不同類型砂漿與巖石試樣的室內(nèi)數(shù)字鉆進(jìn)試驗(yàn)以及物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。研究了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與巖石物理力學(xué)特性的相關(guān)性,提出了巖石數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與其物理力學(xué)參數(shù)的關(guān)系模型,揭示了巖石鉆進(jìn)過程中隨鉆參數(shù)與其物理力學(xué)特性之間的內(nèi)在聯(lián)系,并基于能量守恒原理,獲得了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與鉆進(jìn)效率的數(shù)學(xué)模型。(1)成功利用多功能數(shù)字鉆進(jìn)測試系統(tǒng),初步實(shí)現(xiàn)了巖石鉆進(jìn)過程中隨鉆參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和精確采集。基于巖石數(shù)字鉆進(jìn)測試結(jié)果,研究數(shù)字研磨鉆進(jìn)過程運(yùn)行參數(shù)與響應(yīng)參數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系,驗(yàn)證了多功能數(shù)字鉆進(jìn)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性及有效性,為深入探討數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與巖石物理力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性奠定了設(shè)備基礎(chǔ)。(2)基于能量分析方法,提出了巖石研磨鉆進(jìn)過程的數(shù)學(xué)模型,定義了巖石單位研磨能ηe以及推導(dǎo)出其理論表達(dá)式,建立了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與巖石強(qiáng)度參數(shù)UCS的關(guān)系模型,并利用巖石數(shù)字研磨鉆進(jìn)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型的合理性。(3)根據(jù)室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)分析結(jié)果,包括巖石單軸壓縮試驗(yàn)、Cerchar磨蝕性試驗(yàn)和礦物成分分析試驗(yàn),分別得到了巖石礦物成分石英含量(Q)、等效石英含量(EQC)、礦物加權(quán)硬度(H)、單軸抗壓強(qiáng)度(UCS)參數(shù)以及巖石磨蝕性指數(shù)(RAI)與Cerchar磨蝕性指數(shù)(CAI)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。結(jié)合巖石數(shù)字研磨鉆進(jìn)試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果,利用巖石單位研磨能ηe,建立了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與巖石耐磨性參數(shù)CAI的關(guān)系模型,并驗(yàn)證了模型的合理性。(4)考慮到巖石旋切鉆進(jìn)過程中的破碎特征,利用能量守恒原理構(gòu)建了巖石旋切鉆進(jìn)過程的數(shù)學(xué)模型,從而建立了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與鉆進(jìn)效率的關(guān)系模型�；谡辉囼�(yàn)原理,開展了基于花崗巖的數(shù)字旋切鉆進(jìn)原位試驗(yàn),獲得了數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)鉆進(jìn)效率的敏感性規(guī)律。
【圖文】：

表 2-1 不同強(qiáng)度砂漿配比參數(shù)Table 2-1 Proportion parameters of mortar with different strength砂漿強(qiáng)度等級(jí) 水泥，kg/m3標(biāo)準(zhǔn)砂，kg/m3水，kg/m3M10 275M15 3101450 300M20 370注：水泥強(qiáng)度等級(jí)均為 42.5。方案設(shè)計(jì)巖石數(shù)字研磨鉆進(jìn)試驗(yàn)包括初步探討性試驗(yàn)與系統(tǒng)研究性試驗(yàn)。初步探討驗(yàn)主要是研究巖石鉆進(jìn)過程中數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系，該試驗(yàn)選取砂樣共 36 組，其中 M10 和 M20 各 6 組，M15 為 24 組；巖石試樣共 30 組，其巖 18 組，花崗巖 12 組。系統(tǒng)研究性試驗(yàn)的目的是想通過初步探討試驗(yàn)分析，深入地揭示數(shù)字鉆進(jìn)參數(shù)與巖石物理力學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，該試驗(yàn)選取砂樣共 15 組，，其中 M10、M15 與 M20 各 5 組；巖石試樣共 19 組，其中灰?guī)r，花崗巖 8 組。用于數(shù)字鉆進(jìn)試驗(yàn)的部分試樣如圖 2-4 所示。

(e)巖石試樣破壞形態(tài) (f)砂漿試樣破壞形態(tài)圖 2-6 室內(nèi)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)Figure 2-6 Indoor uniaxial compressive strength test試驗(yàn)結(jié)果共對(duì) 34 組標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)整理結(jié)果見表 2-5。表 2-5 單軸抗壓試驗(yàn)結(jié)果Table 2-5 Uniaxial compressive test results試樣編號(hào) 巖性單軸抗壓強(qiáng)度 Rc，MPa單值 平均值M10-1 砂漿 4.21 5.25 3.16 4.21M10-2 砂漿 3.1 3.91 4.82 3.94M15-1 砂漿 15.42 16.24 14.05 15.24M15-2 砂漿 15.68 13.59 14.31 14.53M20-1 砂漿 19.78 21.24 18.92 19.98M20-2 砂漿 17.63 20.12 19.73 19.16KII231-1 白云質(zhì)灰?guī)r 47.89 62.34 58.31 56.18KII231-2 深色灰?guī)r 90.32 122.54 106.78 106.55
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV554

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本文編號(hào)：2671234