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基于能量原理的TBM刀盘掘进参数与刀间距匹配特性分析

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2017年第2期50卷 128-134页

作者：郭伟宋立玮朱殿华刘建琴孙红艳天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

全断面岩石掘进机是立体化城市建设的重要隧道施工机械,其掘进参数(贯入度和刀盘转速)和刀间距的合理匹配是全断面岩石掘进机施工效能的关键因素,同时也是制约刀盘布局与拓扑结构设计的重要依据.基于能量原理,以刀盘转动产生的动能作为... 详细信息

全断面岩石掘进机是立体化城市建设的重要隧道施工机械,其掘进参数(贯入度和刀盘转速)和刀间距的合理匹配是全断面岩石掘进机施工效能的关键因素,同时也是制约刀盘布局与拓扑结构设计的重要依据.基于能量原理,以刀盘转动产生的动能作为输入能量,以岩石破坏释放的能量与滚刀由于摩擦产生的摩擦功作为输出能量,借助CSM滚刀受力预测公式,建立包含地质参数、刀盘掘进参数、滚刀刀间距等多领域参数相匹配的TBM破岩能量守恒模型.应用此模型,以MB264-311-8030,mm TBM刀盘为工程实例,通过给定刀间距计算贯入度,最终得到最小比能约束条件下的刀盘开挖时的刀盘转速介于经文献查阅得到的刀盘驱动基本参数,说明从合理能耗考虑刀盘的掘进转速模型具有一定的工程意义,也为多参数耦合刀盘刀具布置优化设计提供了理论参考.

关键词：贯入度刀盘转速刀间距能量

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岩石温度对盘形滚刀掘进参数破岩特性的影响

湖南大学学报（自然科学版） 2015年第4期42卷 40-47页

作者：张桂菊谭青夏毅敏李建芳劳同炳张晋浩中南大学机电工程学院湖南长沙410083 邵阳学院机械与能源工程系湖南邵阳422004 高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

为了研究在岩石温度变化条件下盘形滚刀掘进参数对破岩特性的影响,以颗粒流理论为平台,从细观角度上建立了基于岩石温度变化的盘形滚刀热力学破岩数学模型,模拟了不同工况下岩石裂纹生成、扩展和岩渣形成的全过程,并对掘进参数对破岩特... 详细信息

为了研究在岩石温度变化条件下盘形滚刀掘进参数对破岩特性的影响,以颗粒流理论为平台,从细观角度上建立了基于岩石温度变化的盘形滚刀热力学破岩数学模型,模拟了不同工况下岩石裂纹生成、扩展和岩渣形成的全过程,并对掘进参数对破岩特性的影响规律进行了研究,从细观角度解释了不同岩石温度下滚刀的破岩机制.利用直线式TBM滚刀破岩实验台,通过实验验证在岩石温度变化条件下掘进参数对滚刀破岩的影响规律是否与数值模拟有较好的一致性.研究结果表明:1)岩石温度升高,降低了岩石硬度、强度等力学性质,破岩时裂纹数增多且微裂纹迅速扩展,降低了滚刀破岩载荷,提高了破岩效率;2)低贯入度时,岩石不容易被侵入破碎;随着岩石温度的升高,岩石越来越容易挤压破裂;随着贯入度增加,失效区域进一步扩大,破岩效率提高;3)滚刀之间的协同作用随刀间距的增加而减弱,最优刀间距随岩石温度的升高而增加,随贯入度的增大而增加;4)提高岩石温度能增强滚刀之间的协同作用,提高破岩效率.

关键词： TBM 盘形滚刀岩石温度刀间距贯入度颗粒流

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不同地应力下TBM盘形滚刀破岩特性

中南大学学报（自然科学版） 2016年第2期47卷 450-458页

作者：夏毅敏吴才章顾健健丛国强唐露张魁中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

根据Mohr-Coulomb准则分析岩石强度与地应力的变化关系,对不同地应力下盘形滚刀破岩载荷模型进行修正;以锦屏二级水电站TBM掘进现场实测的数据为依据,建立有初始地应力和无初始地应力下盘形滚刀破岩仿真模型,并进行无初始应力滚刀破岩试... 详细信息

根据Mohr-Coulomb准则分析岩石强度与地应力的变化关系,对不同地应力下盘形滚刀破岩载荷模型进行修正;以锦屏二级水电站TBM掘进现场实测的数据为依据,建立有初始地应力和无初始地应力下盘形滚刀破岩仿真模型,并进行无初始应力滚刀破岩试验,研究盘形滚刀破岩载荷特性及岩石破碎特征。研究结果表明：随着地应力的增大,三向力载荷增大;在各个贯入度下,初始应力为28～36 MPa时与0 MPa时相比,垂直力和滚动力的增加幅度较大,增大幅度可达到70%以上,侧向力增加幅度最小;随着初始地应力的增加,滚刀总破岩量减少,破岩能耗上升;三向力理论计算值与仿真值吻合较好,相对误差范围在10%～21%之间;无初始应力下的破岩试验在一定程度上验证力学模型和仿真结果的正确性。

关键词：地应力盘形滚刀力学模型贯入度三向力载荷

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TBM盘形滚刀磨损速率研究

中南大学学报（自然科学版） 2015年第3期46卷 843-848页

作者：谭青谢吕坚夏毅敏朱震寰孙鑫键王艳宜中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 常德职业技术学院工程系湖南常德415000

建立考虑接触力和相对滑动速度的滚刀磨损速率模型,在此基础上分析贯入度、刀圈半径变化以及安装半径对滚刀磨损速率的影响,并利用微元法对盘形滚刀的磨损寿命预估方法进行研究,最后进行工程实例验证。研究结果表明:滚刀点磨损速率最大... 详细信息

建立考虑接触力和相对滑动速度的滚刀磨损速率模型,在此基础上分析贯入度、刀圈半径变化以及安装半径对滚刀磨损速率的影响,并利用微元法对盘形滚刀的磨损寿命预估方法进行研究,最后进行工程实例验证。研究结果表明:滚刀点磨损速率最大点在最大切深点与破岩前锋点之间;滚刀磨损速率随滚刀安装半径呈线性增大;滚刀磨损速率随贯入度的增大而增大,随滚刀半径减小而增大;贯入度、刀具半径和刀具安装半径三者中贯入度对滚刀磨损速率作用最大。

关键词：盘形滚刀磨损速率贯入度滚刀半径安装半径磨损寿命

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基于现场数据的TBM掘进速率研究

浙江大学学报（工学版） 2018年第8期52卷 1566-1574页

作者：罗华陈祖煜龚国芳赵宇荆留杰王超浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京100048 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 中国中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

为了研究TBM掘进速率在不同地质条件下的变化规律,基于吉林引松供水隧道工程开敞式TBM现场掘进数据,将TBM刀盘破岩过程分为3个阶段:挤压阶段、起裂阶段和破碎阶段,并对破碎阶段应用统计回归方法,分析在不同岩石饱和单轴抗压强度、完整... 详细信息

为了研究TBM掘进速率在不同地质条件下的变化规律,基于吉林引松供水隧道工程开敞式TBM现场掘进数据,将TBM刀盘破岩过程分为3个阶段:挤压阶段、起裂阶段和破碎阶段,并对破碎阶段应用统计回归方法,分析在不同岩石饱和单轴抗压强度、完整性系数的条件下,TBM刀盘贯入度与刀盘推力、刀盘扭矩的关系.研究表明,在特定施工条件下,刀盘贯入度随刀盘推力增大呈幂函数曲线增长,随刀盘扭矩增大呈线性关系增长,增长率与岩石饱和单轴抗压强度、完整性系数密切相关.进一步建立对于不同强度、完整性岩石的掘进机掘进速率模型,进行实际工程施工预测,预测结果的平均相对误差都低于16%,表明模型预测精度较高,可以为实际工程施工中操作参数的优化和不良地质条件的捕捉提供帮助.

关键词：全断面隧道掘进机贯入度刀盘推力刀盘扭矩岩石抗压强度岩体完整性系数

基于三维颗粒流模型的TBM滚刀顺次破岩的研究

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中国铁道科学 2017年第4期38卷 70-76页

作者：张彪张志强孙飞易志伟西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

从岩石细观破坏角度出发,基于颗粒离散元法,建立隧道掘进机(TBM)单滚刀破岩三维颗粒流模型,对比分析滚刀侵压破岩、滚压破岩模式下岩石裂缝的扩展规律和滚刀受力特征。在此基础上,建立双滚刀顺次破岩三维颗粒流模型,分析不同断面形态下... 详细信息

从岩石细观破坏角度出发,基于颗粒离散元法,建立隧道掘进机(TBM)单滚刀破岩三维颗粒流模型,对比分析滚刀侵压破岩、滚压破岩模式下岩石裂缝的扩展规律和滚刀受力特征。在此基础上,建立双滚刀顺次破岩三维颗粒流模型,分析不同断面形态下岩石裂缝扩展的范围以及不同刀间距下破岩比能与贯入度的关系。结果表明:滚刀侵压破岩时,岩石以剪切破坏为主,垂直力随着贯入度的增加而增加,且贯入度为6mm时,垂直力达到58.0kN;滚刀滚压破岩时,岩石以张拉破坏为主,滚动力、垂直力呈锯齿状波动变化,平均滚压力约为5.6kN,平均垂直力为20.67kN,小于侵压破岩时的垂直力;采用双滚刀顺次破岩时,与侵压破岩相比,滚压破岩的岩石裂缝纵向扩展深度较小、径向扩展范围较大,而且当刀间距与贯入度的比值较大时,滚压—侵压断面上的岩石裂缝最不易贯通,在两滚刀中间位置处容易形成岩脊;当刀间距与贯入度的比值为10时,滚刀破岩的比能最小,破岩效率最高。

关键词：隧道掘进机滚刀刀间距贯入度比能滚压破岩侵压破岩岩石裂缝扩展

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盘形滚刀破岩力影响因素研究

应用基础与工程科学学报 2012年第3期20卷 500-507页

作者：夏毅敏欧阳涛陈雷罗德志张新明高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083 聊城瑞钻工程刀具有限公司山东聊城252000 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

盘形滚刀破岩力是决定滚刀使用性能的关键因素,论文采用有限元软件LS-DYNA模拟盘形滚刀破碎岩石过程,研究盘形滚刀结构参数与工作参数等对破岩力的影响特性,并在100T盾构刀具回转切削性能测试实验台上进行实验,通过仿真及实验研究表明:... 详细信息

盘形滚刀破岩力是决定滚刀使用性能的关键因素,论文采用有限元软件LS-DYNA模拟盘形滚刀破碎岩石过程,研究盘形滚刀结构参数与工作参数等对破岩力的影响特性,并在100T盾构刀具回转切削性能测试实验台上进行实验,通过仿真及实验研究表明:贯入度与切削速度对盘形滚刀破岩力的影响十分显著,而刀刃宽度影响最小,对比转速为3.6r/min与转速为1.0r/min时滚刀切削力,其中垂直力增大了29.2%、侧向力增大了51.3%、滚动力增大了21.9%.

关键词：盘形滚刀贯入度切削速度正交试验 LS-DYNA

基于DMA方法的浇注式沥青胶浆高温性能及评价指标

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东南大学学报（自然科学版） 2014年第5期44卷 1062-1067页

作者：金磊钱振东郑彧东南大学智能运输系统研究中心南京210096

为了研究浇注式沥青胶浆的高温性能及评价指标,采用动态力学分析(DMA)方法,通过动态剪切流变试验,探讨了不同温度、沥青种类、粉胶比对浇注式沥青胶浆高温性能的影响.分析了广义剪切模量与浇注式沥青混合料高温变形之间的相关性,探讨了... 详细信息

为了研究浇注式沥青胶浆的高温性能及评价指标,采用动态力学分析(DMA)方法,通过动态剪切流变试验,探讨了不同温度、沥青种类、粉胶比对浇注式沥青胶浆高温性能的影响.分析了广义剪切模量与浇注式沥青混合料高温变形之间的相关性,探讨了该指标作为浇注式胶浆高温性能评价指标的适用性,并以车辙深度为控制标准,对广义剪切模量以及60℃条件下的贯入度提出了建议值.结果表明:浇注式沥青胶浆复数剪切模量和相位角受温度、沥青种类、粉胶比因素影响明显;广义剪切模量与混合料永久变形呈良好的线性关系,能作为一种合适的劲度指标评价浇注式沥青胶浆的高温稳定性;60℃条件下,浇注式沥青混合料贯入度指标建议值不大于3.29 mm.

关键词：动态力学分析浇注式沥青胶浆广义剪切模量贯入度

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上海软土地基超长打入PHC桩工程性状研究

岩土工程学报 2004年第6期26卷 745-749页

作者：朱合华谢永健王怀忠同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 上海宝山钢铁股份有限公司上海201900

通过对上海软土地基中64～77m的超长打入PHC桩打桩过程中锤击数、土塞高度随深度变化的跟踪监测及土塞的标准贯入试验和竖向荷载下的静载试验,探讨了超长PHC桩在上海软土地基中的贯入度与土层的关系,分析了打入承压水层中对土塞闭塞效... 详细信息

通过对上海软土地基中64～77m的超长打入PHC桩打桩过程中锤击数、土塞高度随深度变化的跟踪监测及土塞的标准贯入试验和竖向荷载下的静载试验,探讨了超长PHC桩在上海软土地基中的贯入度与土层的关系,分析了打入承压水层中对土塞闭塞效应的影响以及桩的竖向承载力性状。这对软土地基中的超长PHC桩的设计、施工和深入研究具有重要指导作用。

关键词： PHC桩超长软土地基土塞竖向荷载锤击数贯入度静载试验施工标准贯入试验