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盘形滚刀在灰岩地层中的破岩特性研究

盘形滚刀在灰岩地层中的破岩特性研究

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作者：胡滔暨南大学

学位级别：硕士

灰岩地层是目前盾构施工所遇到的常见不良地质,其具有强度大、软硬不均、岩性复杂、岩溶发育等特点,给盾构施工带来了一定的风险,这些都与滚刀在灰岩地层中的破岩特性密切相关。论文通过试验、仿真和现场掘进参数分析的方法,对滚刀在灰... 详细信息

灰岩地层是目前盾构施工所遇到的常见不良地质,其具有强度大、软硬不均、岩性复杂、岩溶发育等特点,给盾构施工带来了一定的风险,这些都与滚刀在灰岩地层中的破岩特性密切相关。论文通过试验、仿真和现场掘进参数分析的方法,对滚刀在灰岩地层中的破岩特性展开研究,其中包括了不同工况下的滚刀受力、岩石破碎、主要掘进参数的变化等特性,研究成果可为盾构在灰岩地层中的掘进参数选择和刀具的设计提供一定的参考。完成的主要工作内容如下:(1)通过资料收集和分析,对灰岩地层的工程特性和盾构施工中的主要问题进行了总结和分析。(2)结合盾构现场实际工况和滚刀破岩机理,设计并开展了滚刀对全断面灰岩的累次线性切割试验。试验结果表明:法向力和滚动力会随着累次切割的进行而不断增大,并在累积侵深7mm时达到峰值,且B切槽对应的破岩力会小于A切槽对应的破岩力;与此同时,在岩石的破碎阶段,相邻滚刀之间的破岩力差值和法向力的离散性也会显著增大,由此会导致刀盘的受力不均和滚刀的异常磨损,在实际施工中应予以重视。(3)建立了盘形滚刀线性切割灰岩的数值仿真模型,研究分析了线性切割速度、贯入度、岩层软硬不均三个因素影响下的破岩力变化规律。仿真结果表明:滚刀所受法向力和滚动力与切割速度、贯入度呈正相关的关系,且贯入度的影响更大;在滚刀切割至软硬不均岩层时,其破岩力在软硬不均界面处会剧增2-3倍,由此会造成对滚刀的冲击效应,加速滚刀的磨损和破坏。(4)通过对灰岩地层盾构掘进参数分析,获得了其掘进参数统计特征和不同地质条件下的主要掘进参数大小关系,对于不同地质条件下的盾构油缸总推力、刀盘扭矩、刀盘转速而言,中风化灰岩地层<软硬不均灰岩地层<微风化灰岩地层;对于不同地质条件下盾构机平均推进速度而言,软硬不均灰岩地层<微风化灰岩地层<中风化灰岩地层。

关键词：灰岩地层滚刀破岩线性切割试验数值仿真现场掘进参数

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