镶齿滚刀破岩机理及效率的旋转破岩试验

随着隧道工程建设的不断增多,镶齿滚刀已被广泛应用于多种开挖机械,如隧道掘进机、反井钻机、采掘机等,不同破岩参数下镶齿滚刀的破岩机理及破岩效率研究,对提高机械掘进效率、降低施工成本有重要意义。应用北京工业大学自主研制的多功能机械破岩试验平台,选用直径304.8 mm（12英寸）的镶齿滚刀对尺寸为1 000 mm×1 000 mm×600 mm的北山花岗岩进行旋转切割破岩试验研究。通过对排齿及整刀进行不同贯入度的旋转切割试验,并应用荧光裂纹检测法对侵入坑下方裂纹进行检测,研究镶齿滚刀的破岩规律。结果表明：①镶齿滚刀为\"递进式\"破岩,破岩开始于相邻小齿间距的球齿之间,而后发展到相邻的大排间距的球齿之间;②第3排球齿破岩效率最高,且整刀在贯入度为1.5 mm时破岩效率最高;③应用荧光裂纹检测法分析滚刀下方岩体裂纹分布特征,发现每排球齿下的裂纹扩展方向及范围存在较大差异。裂纹分布特征分析结果与通过滚刀力、岩片分析得出的镶齿滚刀破岩效率的结论相一致。该研究可为机械开挖设备滚刀布置、刀型优化及施工运行参数优化提供试验参考和理论依据。     

炸药诸特性对破岩效果影响的研究

为研究在炸药诸特性中将哪种特性变化到什么程度对破岩效果带来怎样的影响,现仅将炸药特性中某些特性值作较大变化,对乳胶炸药的其它特性大体上作一定控制,在混凝土试块中进行破裂爆破试验。其结果,块度分布最随炸药发泡能及爆速的增加而破碎度相应增加,并变成碎片,为此,弄明了合适的影响度是发泡能须大于爆速才行,并还弄明了破碎面积也与发泡能及爆速有关,而与冲击波能无关。据二次回归分析结果,合适的影响度为发泡能是爆     

水射流辅助机械滚刀破岩试验研究

为解决极端软硬不均、极硬岩（硬度超过180 MPa）等复杂地质条件下,隧道掘进机破岩过程中刀具破岩效率低及“啃不动”的问题,采用滚刀岩机作用综合试验台,搭载高压水射流装置,采用不同的水射流参数及掘进参数对花岗岩试样开展破岩试验,研究不同条件下水射流辅助机械滚刀破岩对掘进参数及效率的影响。通过试验获得水射流破岩合理的靶距与压力,探明水射流与机械滚刀交叉轨迹复合破岩、同轨迹复合破岩相对于纯机械滚刀破岩刀盘推力、转矩及破岩效能的变化特性。     

基于线性切割试验碴片分析的滚刀破岩效率研究

为了研究碴片形状与TBM破岩效率之间的关系,应用机械破岩试验平台对北山花岗岩进行线性切割试验。通过对试验所形成的碴片进行粗糙度指数、扁平度以及长轴分析,发现不同滚刀间距及贯入度下所形成的碴片有很好的规律。TBM破岩效率越高,所形成的碴片大岩块的长轴更长,粗糙度指数更大,同时碴片也更加扁平。将粗糙度指数与比能进行回归分析,二者具有很好的线性关系。对于北山花岗岩,当刀间距与贯入度的比值为40左右时,TBM破岩效率最高。因此,碴片分析对评价TBM的破岩效率和优化施工具有重要意义。     

海底隧道基岩突起段地层典型滚刀破岩实验研究

为制定高强度花岗岩基岩突起地层的盾构掘进方案,在汕头海湾隧道现场取回花岗岩岩样,测试出CAI值及元素成分,进行滚刀破岩实验,对比分析相同工况下48.26 cm（19英寸）2种典型盘形滚刀（镶齿和一般平刃）的破岩效果,研究48.26 cm（19英寸）一般平刃在不同推力和刀间距下的掘进参数变化情况。实验结果表明： 1）工程现场的花岗岩岩样Si元素平均含量为37.35%,CAI值为3.56~3.91,为高磨蚀性岩石; 2）相同工况下,一般平刃滚刀具有更高的掘进效率; 3）单把滚刀总推力为300 kN时,掘进速度为4.1 mm/min。     

基于三维离散元的滚刀破岩机理研究

为研究滚刀破岩机理,借助CAD建模技术,高效精确地生成了盘形滚刀模型,采用三维颗粒流方法模拟盘形滚刀破岩过程,分析了盘形滚刀破岩机理。研究结果表明,随着刀盘贯入度的增加,裂纹数量呈跳跃式快速增加,且主要集中在滚刀刀刃两侧2 cm范围内,沿滚刀运动迹线发展。剪裂纹数量略大于拉裂纹,但总体相当,岩石表现出拉伸-剪切综合破坏模式。随着滚刀侵入岩体,法向推力、切向滚动力和侧向力均波动剧烈,但法向推力变化范围不随贯入度变化,切向滚动力和侧向力波动范围则随着贯入度的增加而增加。     

隧道掘进破岩试验机结构设计及仿真

针对复杂多变地质环境,为可高效可靠地开展掘进机刀盘刀具选型设计及掘进参数精准选择,研究不同地质环境、不同掘进参数条件下多掘进机破岩机制物理试验特点,结合隧道掘进机现场工作特点,设计一种隧道掘进机螺旋推进式破岩伺服试验机。通过分析室内开展隧道掘进机破岩试验的重难点与试验机的通用性、宽泛性,重点针对试验机框架结构、刀盘结构和刀具安装装置等,采用有限元对其可靠性进行仿真计算,确定关键结构件设计参数,确保试验机工作稳定性、结构可靠性,实现试验机的研制。     

干冰粉热冲击破岩基坑围护结构振动安全研究

为了给干冰粉热冲击破岩现场设定施工参数设计提供参考,并对关键工程结构进行全面的安全评价,首次在居民区附近明挖隧道中进行了隧道开挖工程干冰粉热冲击破岩现场试验。在试验中通过压力传感器获得干冰粉致裂筒内部压力变化曲线,使用振动和噪音监测系统监测破岩过程中隧道结构的噪音和振动响应。通过希尔伯特黄变换对振动信号进行分解和特征提取,通过振动能量时域分布和频域分布特征获得振动安全评价参数。研究结果表明：(1)干冰气动破岩最大振动速度在砼冠梁8 m处衰减至50 mm·s^-1以下,满足安全质点振动速度要求,噪音在4 m处仅为83 dB,对周边居民生活影响很小;(2)干冰破岩诱发振动速度整体上呈衰减趋势,且符合乘幂函数衰减,可以划分为振动速度缓慢降低区(2.5～10 m)和稳定区(>10 m)两个区域;(3)干冰粉致裂管破裂压力在40～60 MPa,干冰粉热冲击破岩是冲击波和高能气体共同作用致裂岩石,可以分为3个阶段,其中高能气体的气楔作用在岩体损伤中占主导作用;(4)HHT与傅里叶变换分析相比更适用于处理振动信号,获得振动速度峰值和主频率后计算振动最大位移可以更好地对隧道结...     

17in与19in滚刀破岩效率及耐磨度的初步比较研究

目前硬岩掘进机最常用的盘形滚刀有17in及19in 2种规格的滚刀,经工程实例比较,19in规格的滚刀具有更好的破岩效率及耐磨度。在开挖面岩体性质、滚压速度、刀具结构材料基本相同的条件下,滚刀直径的增大为何导致破岩效果更好,从理论分析的角度,量化比较这2种规格的单刃滚刀的破岩效率及耐磨度,为掘进机用户在选型时提供参考。     

双模式TBM刀具破岩试验台有限元仿真分析

为获得双模式TBM刀具破岩试验台的振动特性,并以此对试验台的结构进行优化,采用ANSYS Workbench仿真软件,通过对预应力下的模态分析完成对试验台在工作状态下的数值模拟分析,得到试验台前8阶固有频率和振型,以体现其结构特性;然后使用模态叠加法对试验台进行谐响应分析,得到位移-频率响应图和应力-频率响应图。研究结果表明： 试验台的最大响应频率为145.47 Hz,能够验证试验台结构的抗振性能,并为试验台的下一步结构优化提供依据。     

高模量沥青混合料的试验研究

从高模量沥青混合料的材料组成及配合比设计出发,通过与基质沥青混合料和几种改性沥青混合料路用性能的对比,利用试验方法分析了高模量沥青混合料材料的高温稳定性、低温抗裂性以及不同温度和加载频率下的动态模量。试验表明,采用高模量沥青混合料在保证沥青混合料路面低温性能不降低的前提下可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;同时,根据对动态模量试验数据的分析,得出提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙产生的结论。     

考虑围岩应力释放效应的岩爆滞后性模拟研究

现有岩爆判据可用于宏观上把握岩爆发生可能性,但对其所特有的滞后性现象机制研究不足。自围岩应力释放角度出发,利用数值模拟工具,研究分析岩爆滞后性特征。对不同应力释放率下围岩弹、塑性应变能分布特征以及围岩破坏区范围及特征进行分析研究。结果表明： 1）应力释放率与弹性模量之间呈指数关系,应力释放率较低时,围岩主要为弹性变形。2）随着释放率的逐步提高,洞壁围岩出现塑性屈服区,且弹性应变能与塑性应变能密度之间发生调整,并最终于洞壁一定深度处形成弹性能量集中区。3）应力释放率不同时,洞室围岩塑性区范围不同,且随着应力释放率的逐步提高,屈服状态自剪切屈服向剪切与张拉屈服并重转变,不同应力释放率下岩爆等级不同。研究结果对于认识岩爆滞后性现象具有一定的作用。     

一种旋挖钻机回转液压系统节能及控制方法研究

根据旋挖钻机上车回转部分的能耗、定位精度以及工作效率等三方面的要求,设计了回转液压系统和控制系统流程图,为旋挖钻机产品设计提供理论依据,对降低能耗具有一定的应用价值.     

基于推进压差和回转压力变化的钻孔参数自动匹配系统设计

为解决凿岩台车钻孔参数自动匹配的问题,对冲击回转凿岩形式的钻进过程进行建模仿真,分析不同推进压力、冲击压力和回转压力等凿岩参数对钻进效率的影响,获取最佳钻进状态下凿岩参数的匹配关系; 在此基础上,设计基于推进压差和回转压力的钻孔参数自动匹配液压控制系统,并用于某型凿岩台车进行实测,验证以下结论: 1)冲击压力能够随推进压差变化自动调整; 2)随着回转压力变化,系统能够判别卡钎状态,并准确做出减缓钻孔速度、停止推进、开始回退等响应动作。     

高地应力硬岩隧道内轮廓形式优化分析

隧道内轮廓不仅影响隧道的空间利用率和经济性,同时也对隧道的稳定性和安全性有较大影响,合理的内轮廓扁平率可最大限度地满足结构安全性和隧道经济性的要求,所以找到合适的内轮廓形式至关重要。依托拟建龙门山高地应力隧道,设计六种两车道内轮廓形式和四种三车道内轮廓形式,进行位移和应力分析;对不同的内轮廓形式,分别采用强度应力比、应力强度比、弹性应变能及综合弹性应变能四种岩爆判据进行岩爆倾向性分析。结果显示：扁平率为0.85下的内轮廓形式为两车道的合理内轮廓形式,扁平率为0.65下的内轮廓形式为三车道的合理内轮廓形式。综合弹性应变能对比于其他三种岩爆判据,能够准确判断出一个隧道横断面下,各个位置发生岩爆程度的大小关系。     

基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明： 在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势; 拱顶部位弹性应变能增加幅度为3.56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3.73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4.66倍,存在发生岩爆的可能。     

粗橡胶粒沥青玛蹄脂混合料SMA-R路面性能研究

针对粗橡胶粒SMA沥青混凝土的力学性能进行了室内的试验研究,分别对混合料的疲劳性能、回弹模量和变形性能进行了不同橡胶粒掺量的影响分析,并据此提出了具有良好路用性能的橡胶粒掺量。同时还发现,掺加一定量的岩沥青,可以有效提高混合料的性能,建议在橡胶粒沥青混合料中掺加适量的岩沥青。     

回转式钻孔机的施工及成桩工艺

回转式钻孔机是钻孔灌注桩施工中的常用机械,对其成孔灌注桩施工的工艺进行介绍,分析了如何做好成孔设备的选用、钻孔、钢筋笼的制定及灌注水下混凝土等工作.     

岩溶隧道防突安全厚度研究综述及估算方法探讨

对岩溶隧道防突岩层安全厚度的发展现状作了全面综述,分析比较了定性分析法、半定量分析法和定量分析法3类研究方法的优劣及相互关系,结合有关研究成果,深入探讨了当前岩溶隧道防突岩层安全厚度的研究特点、不足之处及发展趋势。考虑到目前所用方法的复杂性与局限性,提出了裂隙密度影响指数概念,并给出其取值标准,在此基础上对防突安全岩层岩体的等效弹性模量和等效泊松比进行估算,得到可依据勘察数据资料进行适当估算的岩溶隧道防突岩层安全厚度估算公式,并结合实例进行具体计算分析,验证了估算公式的合理性、有效性和可行性。