基于Mckyes Ali模型盾构刀具切削软土三维力学模型研究

为研究盾构法施工过程中任意位置刀具与软土之间的相互作用,基于朗肯被动土压理论,以Mckyes Ali理论建立的耕作刀具切土阻力模型为基础,考虑切削土与刀具、地层的法向力、黏聚力以及自身重力等,引入表示切刀任意位置的参变量L和Ψ,根据力的平衡原理,建立任意位置刀具的切削软土三维力学模型。最后,通过与已有模型对比,验证了该模型的准确性;通过编制Excel计算界面,保证了该模型工程应用的可行性。该模型适用于盾构任意位置切刀的受力分析,为刀盘刀具的地质适应性设计提供了更加全面的切刀受力计算公式。     

基于ABAQUS的盾构切刀群模拟切削研究

为了解决复合式土压平衡盾构(earth pressure balance)在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀群切削效果角度研究刀盘刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削模拟方法,提出土体质量变化和刀盘受载的评价指标,得到以下结论:软土地质下切刀群存在内偏角时的切削效果明显好于无内偏角的情况;掘进地层地质较软时宜采用小切刀切削重叠量,地质较硬时宜采用大切刀切削重叠量。刀群布置的研究过程为实际工程问题的解决提供了方法,数值仿真结果为复合式土压平衡盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

土壤稳定机械理论与计算(4) 第二讲 土壤稳定机械动力学

4 多列刀具的切土过程从平移刀具的切土过程中已经获知土体的破坏是带有空间性的,当刀具通过土壤后,它的切口不是矩形,而是如图7所示的梯形断面.对于旋转刀具的切土过程同样也有类似的情况.因此当多列刀具同时切土讨,每把刀具的实际进给及切屑厚度和单刀切土时是不同的.这样,多刀切土时的总切削阻力和作用在转鼓轴上的总阻力矩并非简单地为单刀切土时之总和.而总的阻力和阻力矩显然与多刀的排列方法和刀具在圆周上的分布有关.图8和图9分别表示了两种典型的排列和分布方     

车削加工过程的数值分析

利用三维有限元方法,按照实际加工条件建立了切削模拟模型,得到了温度分布、切削力变化和应力场分布等结果。结果表明相对于二维模拟,三维模拟更加真实地揭示了刀具和工件的切削状态,同时也为研究金属切削理论和开发新的刀具提供了一个更加有效的方法。     

饱和非饱和土的位移土压力及非极限力学指标研究

为了客观评估非极限平衡条件下,土力学强度参数的发展变化规律,基于摩擦定律、土压力与位移的双曲线模型、饱和非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则、非极限平衡土力学参数同步发挥的假设,采用应力路径分析方法,研究了非极限平衡条件下饱和非饱和土的位移土压力对应的应力状态,并给出了位移土压力依赖于非极限内摩擦角、粘聚力和吸力内摩擦角等参数的理论计算公式.研究结果表明:当挡土结构由K0状态发生向着土体的正向位移时,基于位移的土力学参数先随着位移的增大而减小,在减小至0后又随着位移的增大而逐步增大,直至被动极限平衡状态;当挡土结构由K0状态发生背向土体的负向位移时,基于位移的土力学参数随着位移的增大而逐步增大,直至主动极限平衡状态;该方法为进一步研究挡土结构的力学性能、工作状态、安全储备提供了理论基础.     

金属切削中的斜角切削过程的数值模拟

参数化建模在仿真切削过程中是行之有效的方法。通过接口设计,系统实现了在Marc中对斜角切削方式的参数化建模。基于金属切削理论和有限元分析原理,借助于有限元方法及材料弹塑性变形理论,针对斜角切削方式,通过建立几何模型、材料模型、刀屑摩擦模型、热控模型和切屑分离准则,采用有限元分析软件Marc,对一种难加工材料的切削过程进行数值模拟,得到在不同切削条件下的切削区应力场、温度场。通过对数值模拟后切削力的结果与实验得到的数据进行比较,验证了所建模型的合理性。     

北京铁路地下直径线泥水盾构刀盘、刀具适应性分析

结合北京站至北京西站铁路地下直径线工程实例,通过不同盾构刀盘刀具配置在砂卵石下的应用对比,重点对本工程刀盘刀具改造前后对地层的适应性进行详细研究,总结分析出:1)对致密的砂卵石地层的刀盘刀具配置采用盘形滚刀是必要的,并应根据卵石粒径、密实程度尽量加大滚刀尺寸,加大1和2层刀高差,以提高切削贯入度,提高掘削效率;2)通过滚刀、撕裂刀、切刀等长短刀具的合理配置,可以实现对砂卵石地层的有效切削;3)切刀形式由原来螺栓连接方式优化为销轴连接方式,可以有效防止切刀在掘进过程中的掉落等主要成果。最终解决了砂卵石条件下刀盘刀具配置应注意的关键问题,保证了工程的顺利进行,对类似工程有借鉴作用。     

PCD刀具断续切削铝合金时力学特性的试验研究

PCD是最新的刀具材料之一，已在国内外采用，但目前多用于连续切削加工，对继续切削的应用和研究很少。本文就PCD刀具断续切削铝合金时的切削力、切入冲击力和刀具磨损等问题进行了试验研究。结果表明PCD刀具也适用于断续切削加工。     

刚性基础下筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算模型

桩土应力比是筋箍碎石桩复合地基沉降计算中最重要的参数，但由于其涉及到桩体、土体及筋材三者之间的复杂关系且影响因素众多，目前尚无明确的计算方法。基于此，根据刚性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形特征，首先通过数值模型研究筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与荷载、埋深、筋材刚度以及桩土弹性模量比的关系。根据数值模型揭示的桩土应力比变化规律，提出一个新的桩土应力比计算模型，并依据该模型在假设桩体、土体及筋材应变协调的基础上利用弹塑性分析方法推导刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比的解析公式；基于建立的模型及计算公式探讨桩土应力比与各主要影响因素之间的关系。研究结果表明：该解析公式基于弹塑性理论分析，但也能考虑现场桩土应力比实测值，能够综合反映桩体、土体、筋材、埋深及荷载之间的相互影响作用，并且形式简单，计算方便；刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比在相同荷载水平下随埋深、筋材刚度、面积置换率、桩土弹性模量比及桩体摩擦角的增大而增大，随着荷载水平的增加则会逐渐降低并趋于稳定值；在碎石桩复合地基沉降计算中不宜采取单一的桩土应力比参数，而是应该根据荷载水平以及计算深度分层选取合适的桩土应力比作为计算参数。     

硬车削在Y4M项目中的运用

汽车变速器中的传动齿轮为了满足使用需求，一般都需要淬火处理。淬火钢作为一种难以加工的材料，其切削特点为：①硬度高、强度高．几乎没有可塑性，这是淬火钢的主要切削特点；②切削力大，切削温度高．切屑与前刀面接触长度短。切削力和切削热集中在切削刃附近，刀具易磨损和崩刃；③不易产生积屑瘤，可以获得较小的加工表面粗糙度。     

截齿刀具切削混凝土连续墙试验研究

基于在混凝土连续墙切削中的刀具损伤问题,借鉴采煤领域中的切割技术并针对不同刀头锥度和刀尖弧长设计4种不同的截齿刀具。先通过仿真确定切削轨迹,设定相邻切削轨迹间距大于18 mm;随后对C35混凝土进行切削试验。试验结果表明:1)刀具弧长和刀具锥度的减小可使切削合力下降,但刀具锥度的影响性小于刀具弧长; 2)正压力分力受刀具弧长和刀具锥度的影响均较小;3)切向力分力受刀具弧长影响较大,刀具弧长的减小可以减小切向力以达到降低转矩的目的,但易造成切削效率的下降。基于前期试验结果兼顾考虑刀具耐久性,选用锥度为40°、弧长为5 mm的刀具作为试验刀,并对C35玻璃纤维筋混凝土进行模拟盾构试验,对比立体化布置后的贝壳刀切削效果。对比发现:截齿刀具有效解决了采用贝壳刀切削时刀盘卡死的问题,切削能力优于立体化布置后的贝壳刀,有效控制了转矩峰值,但截齿刀具刀身体积过小,易出现整体剪切断裂。     

机械法联络通道管片切削试验与数值模拟研究

T接头受力复杂，易引发安全事故，为确保盾构施工安全,分析正线隧道管片弱化效应，针对主隧道特殊管片的设计施工，开展机械法联络通道刀盘切削试验，模拟始发端混凝土管片掘进切削过程，揭示刀具在不同时刻切削力的变化情况及管片、螺栓在不同工况下的内力分布规律。通过研究得到以下结论： 1)刀具切削厚度、切削速度越大，切削阻力越大，混凝土裂纹扩展越严重，刀具磨损越严重；基体强度越大的混凝土，切削时混凝土板面受损越小。2)切削对同一环的螺栓影响较大，对侧边的螺栓影响较小，随着刀盘旋转推进，管片发生位移变化，螺栓连接点的位移逐渐增大。当刀盘钻出管片时，混凝土管片及内部螺栓位移逐渐趋于稳定。3)改变切削洞口管片的强度对于隧道的变形影响很小，在改变了切削洞口强度后，洞口管片所受的位移增大，但是影响量比较小，结构仍较安全。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析（双语出版）

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

季冻区路基土抗剪强度指标变化规律研究

对试验路路基土进行室内不同条件下的快剪试验,分析含水率、压实度和冻融循环次数对3种不同类型土体抗剪强度指标的影响。结果表明:冻融循环作用能够使土体粘聚力降低,内摩擦角增大,其中粉质粘土的粘聚力受冻融作用影响最大,且各类土内摩擦角值在冻融作用下的增幅不大,经过6次冻融循环后,各类土体的抗剪强度指标趋于稳定;随着压实度的增加,各类土粘聚力和内摩擦角值都有不同程度的增加,且压实度对砂性土粘聚力和低液限粘土内摩擦角的影响最为明显;随着含水率的增加,土体粘聚力和内摩擦角都会降低,且粉质粘土的粘聚力和内摩擦角受含水率的影响最大。     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

一类三维土压力盒的设计及试验验证

为测试土体内部一点的三维应力状态,基于常规应力状态与主应力之间的关系,给出了一类三维土压力盒的设计原理和制作方法。与普通土压力盒相比,该类三维土压力盒能测试空间一点完整的应力状态,即3个正应力和3个剪应力。该类装置均由1个特定基座和6个镶嵌于基座上的微型土压力盒组成。基座的形式可以多种多样,但根据6个土压力盒法线的方向余弦得到的转换矩阵必需是满秩的。考虑工程应用方面的要求,分别阐述3种三维土压力盒的制作方法和数据处理方法,并进行了误差和适用性分析。在一个模型槽内对某重塑土进行了压缩试验,分别用给出的3种三维土压力盒测试土中不同深度处的三维应力状态。研究结果表明：土体在一维侧限压力作用下,2个水平方向的正应力均小于竖向应力且与之具有线性关系;随着土体固结度的增加,外荷载引起的土体应力状态变化偏于平缓;采用分层密实方法制备的模型土体仍具备明显的各向异性,外荷载作用下土中的各向应力增量仍存在一定差异;侧限形式和外荷载大小是引起土体应力状态不同的主要因素,分层密实导致的土体初始各向异性在加载-卸载作用后趋于缓和;测得的竖向应力随深度增加逐渐减小,反映出随深度增加附加应力的扩散效应,从而初步证实该类测试装置是科学和可靠的。     

控制吸力下低应力条件的合肥膨胀土抗剪强度试验

膨胀土边坡在变饱和条件下可能发生浅层滑塌失稳。为了研究非饱和膨胀土在低应力条件下的强度特性,采用非饱和三轴仪设置多组不同基质吸力和应力条件,进行合肥膨胀土的三轴剪切试验,对试验数据进行分析。试验结果表明：当膨胀土所受净围压应力不断降低时,其应力-应变曲线会由应变硬化向应变软化过渡;非饱和膨胀土强度随基质吸力增大而增大;浅层膨胀土的抗剪强度会呈现明显降低,具有非线性特点;非饱和膨胀土的黏聚力对抗剪强度影响显著,低应力条件下黏聚力会显著降低,内摩擦角明显增大;净围压应力对低应力段土体强度影响明显,而基质吸力对低应力段土体强度影响较弱。     

平移模式下有限空间无黏性填土挡墙主动土压力模型试验研究

由于建设用地紧张,在工程中时常存在新建挡土结构紧邻已有结构,墙后填土宽度有限的情况。因不满足半无限土体的基本假定,在此类工程中采用经典理论预测土体的破坏模式及其极限状态土压力,结果与实际有较大偏差。通过活动挡墙模型试验,观测不同宽度条件下墙后填土主动极限状态的破坏过程及破坏模式。试验结果表明:土体宽度的压缩使得破坏滑动面的倾角增大;当土体宽度足够小时,破坏滑动面发展至墙面后反射形成第二道滑动面发展至土表。建立二类土压力计算模型,采用极限平衡法推导了平动位移模式下有限宽度无黏性填土主动土压力计算式,计算结果与已有研究数据对比验证了其适用性。     

承台对桩基础p-y曲线及水平土体抗力系数的影响分析

为了研究承台影响下桩基础p-y曲线以及水平土体抗力系数的变化规律,基于三维快速拉哥朗日分析软件FLAC~(3D),建立了桩-土-承台相互作用模型。通过这一数值模型,对不同承台大小、不同长度的单桩在不同的侧向荷载作用下的情形进行了数值模拟。根据数值模拟的结果,分析了桩侧土体的侧向抗力和桩基础的p-y曲线。结果表明:承台的尺寸大小会影响桩基础p-y曲线的变化规律,引起土体对桩基础的侧向反力的变化;对于不同长度的桩,土体对桩基础的侧向承载能力随着承台尺寸的增大而不断提高,此规律对不同长度的桩都具有适用性;承台会影响单桩的最大侧向抗力的位置,且在达到极限荷载时,承台对土体的影响主要局限在桩体长度的第一个1/4深度区域内;对于无承台的桩基础,除反弯点与桩底端位置外,水平抗力系数基本与K法吻合;随着承台的增大,抗力系数的总体变化趋势不变,但在桩底端处的抗力系数会变为0,与不考虑承台作用时的结果差别较大。研究结果对桩-土-承台系统在侧向荷载作用下的设计提供了一些有价值的参考依据。