不同圍壓與節理特征下盤形滾刀破巖數值研究

譚 青,張旭輝,夏毅敏,朱 逸,易念恩,張 佳

(1.中南大學機電工程學院,湖南長沙 410083;2.高性能復雜制造國家重點實驗室,湖南長沙 410083;3.湘潭大學機械工程學院,湖南湘潭

411105)

不同圍壓與節理特征下盤形滾刀破巖數值研究

譚 青1,2,張旭輝1,2,夏毅敏1,2,朱 逸1,2,易念恩1,2,張 佳3

(1.中南大學機電工程學院,湖南長沙 410083;2.高性能復雜制造國家重點實驗室,湖南長沙 410083;3.湘潭大學機械工程學院,湖南湘潭

411105)

為了研究圍壓、節理特征對盤形滾刀破巖的影響,采用顆粒離散元法建立了不同圍壓、節理特征下的盤形滾刀破巖模型并進行數值仿真,研究不同圍壓與節理特征下對應的破碎模式、破巖比能耗和裂紋數目。研究表明:盤形滾刀破巖時,隨著圍壓與節理特征的變化,會呈現4種破碎模式;其中當圍壓為50 MPa,節理間距小于60 mm以及節理傾角在30°附近時呈圍壓促進破碎模式,該破碎模式類似于巖爆,破巖比能耗極低;當圍壓和節理間距一定時,比能耗隨著節理傾角的增大先減小后增大,且在30°時取得最小值;當圍壓和節理傾角一定時,比能耗隨著節理間距的增大而增大;當節理間距一定時,節理傾角在0°,90°附近時,比能耗隨著圍壓的增大而增大。而當節理傾角在15°～75°時,比能耗隨圍壓由1 MPa增加到25 MPa時而增大,由25 MPa增加到50 MPa時而減小;另外,破碎模式、比能耗和裂紋數目三者關系密切,其中比能耗和裂紋數目之間的變化趨勢相反。

盤形滾刀;圍壓;節理間距;節理傾角;破碎模式;比能耗;裂紋數目

全斷面隧道掘進機(TBM)已經廣泛使用于地下空間的隧道掘進工程中,而TBM盤形滾刀破巖又是掘進過程中的核心內容,因此對盤形滾刀破巖的研究顯得極為重要。……