文档介绍：天津大学
硕士学位论文
基于断裂力学的盘形滚刀破岩载荷数值模拟
姓名:苏召斌
申请学位级别:硕士
专业:固体力学
指导教师:蔡宗熙
2011-12
摘要关键词:裂纹扩展网格分裂节点移动破岩载荷刀间距优化本文对脆性岩石在盘形滚刀作用下的破坏问题进行了数值模拟。数值模拟采应扩展。对已有的网格分裂方法进行补充并合理的简化,采用节点移动算法避免出现畸变的网格。对裂纹尖端使用节点单元并进行细划分,得到精确的裂纹始裂纹长度和角度对破岩载荷的影响。结果表明,岩石在单滚刀作用下能够促使侧向裂纹扩展以致破碎块体的产生。在特定工况卜.,初始裂纹角度为保不同裂纹初始长度和角度对破岩载荷的影响。结果表明,岩石在双滚刀作用下能运ü龅蹲饔迷谖尬а购围压作用时刀间距进行了优化,发现破全断面掘进机谄蒲揖蚪讨校绦喂龅队肭胺窖姨逯苯咏哟ゲ相互作用,破岩载荷是影响其掘进性能的重要因素。因此破岩载荷是龅设计和刀盘布置的关键因素,对单滚刀和双滚刀作用下破岩载荷的深入研究具有理论价值和工程指导意义,研究破岩载荷可以为杓坪偷杜滩贾锰峁┎慰肌用线弹性断裂力学理论,通过赫兹裂纹扩展以及裂纹贯通的途径对滚刀破岩进行数值模拟,重点探讨了不同因素对盘形滚刀破岩载荷的影响。具体主要做了以下几方面的工作:谧畲笾芟蛴α砺鄣牧盐评┱鼓P停嘀艫绦蚴迪至盐频淖允应力强度因子,并计算裂纹扩展角度和扩展能力。分别对均匀拉伸板、单轴压缩岩石以及双集中载荷作用岩石的裂纹扩展过程模拟,验证了算法的适应性和有效性。缘ス龅蹲饔孟碌难姨迤扑楣探惺的D猓致哿瞬煌а埂⒉煌岩载荷最小。运ü龅锻弊饔孟卵姨迤扑楣探辛耸的D猓致哿瞬煌а埂够促使裂纹交汇,围压越大,裂纹就越容易水平交汇。碎比能系数随着刀间距的增加有一个逐渐减小然后增加的过程。在特定工况下,无围压和饔孟伦钣诺都渚喾直鹞。。~
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第一章绪论研究背景砌,只用了三年半的时间就全部贯通,而且整个掘进过程没有一人因事故而死亡,而使用钻爆发施工的日本青函隧道全仅砌,历时形成整个隧道断面的隧道施工机械。根据地质条件和施工方法的不同,目前对于工作环境好、施工经济安全等优点,特别是高效快速可以使工程提前完工,提前大的络瓦特公司,日本三菱重工和川崎重工等。国外的际跻丫嗟背墒欤随着地下空间的开发规模的不断扩大和科学技术水平的不断提高,全断面掘进机施工技术被广泛应用于水利水电、矿山开采、河海地下隧洞和城市地下建设等重要工程中【。全断面隧道掘进机是一种利用自身回转刀具开挖,同时破碎洞内围岩及掘进全断面隧道掘进机,国内存在两种提法,其一是硬岩隧道掘进机虺芓涠侨硌宜淼谰蚪又称盾构机縪视糜山岭隧道硬岩的掘进,代替传统的钻爆法,在相同的条件下,其掘进速度约为常规钻爆法的。如连接英国和法国两国的英吉利海峡隧道采用┕ぃ三条隧道全长年才竣工,伤亡却多达嗳恕兄骰拖嘤Φ暮笈涮咨璞杆槌桑渲骰饕0ǖ杜獭⑶低场推进系统、支撑系统、排碴系统、液压和控制系统、导向系统等部分,主机承担开挖和装碴,配套设备包括主机的辅助设备以及相应的维修保养,其余的工作都靠后配套系统完成。凑罩骰M诜绞娇煞治VС攀健⒒ざ苁健⒗┛资胶摇臂式等几种类型,┕ぜ际跻蚓哂惺┕に俣瓤臁⑹┕ぶ柿扛摺⒆饕等嗽创造价值,越来越受到国内外工程界的重视。年,美国罗宾斯公司生产第一台用于硬岩掘进的。从此入快速发展时期,目前全世界范围内生产拇蠊居械鹿奈毓如图所示⒌侣砜斯竞秃H鹂斯荆拦穆薇鏊构竞图逊ス荆幽为在复杂地质条件下的隧道施工提供了技术支持,保障了施工安全【。我国从年代就开始使用掘进机技术来修建隧道,如天津地铁一号线、广州地铁一号线、上海打浦路隧道等T甏笃冢夜状问迪至硕懒⑹褂糜牍芾鞹施工K孀盼骺堤非亓胨淼篮鸵迫虢裙こ趟忱瓿桑琓在我国拥有广第一一章绪论
由于刀盘空间的限制,中心滚刀多用双滚刀,而正滚刀和边滚刀多用单滚刀。阔的应用前景【。下图所示为年秦岭隧道卟捎玫奈毓旧直径。媪俚幕疚侍馐侨绾纹蒲摇⑻岣呔蚪屎捅Vな┕ぐ踩ā5杜躺一般安装有多种盘形滚刀用于破岩有正滚刀、中心滚刀和边滚刀等。如下图所示,按刀刃情况有单刃滚刀ス龅、双刃滚刀ü龅和多刃滚刀第一章绪论图德国旧娜ǘ厦嬗惭揖蚪鴠图<龅独嘈停赫龅单刃椭行墓龅双刃
现出一系列破碎深槽㈣,【АQ姨灞砻嬖诘杜躺吓绦喂龅兜都獾那考辛ψ饔孟滚刀破岩研究现状在蚪讨校杜淌艿胶蠓揭貉骨Ы锒サ南罱饔茫曰郝俣认如下图所示滚刀在掌子面上连续滚压岩石,在实际施工过程中掌子面呈破碎而被切入,并形成切入坑。随着滚刀滚动,在岩石表面形成一条条破碎槽,而位于破碎槽之间的岩石在裂纹的贯通下形成破碎岩体。随着刀盘的不断推进,掌子面上的表层岩体不断破碎。前推进【】。刀具与岩体直接接触,盘形滚刀的破岩载荷的大小直接