TBM盘形滚刀破岩刀刃应力分布研究

为了研究盘形滚刀破岩过程中刀刃应力分布规律,利用数值模拟对滚刀破岩过程进行分析,同时,进行盘形滚刀切削岩石过程中刀刃应力应变测试。研究结果表明:在滚刀破岩过程中,刀刃应力从刃底沿径向逐渐减小,且最大值位于刃底边缘;刃底径向应力从接触岩石到最大侵深过程中经历加载-峰值-卸载3个阶段;随着滚压时间的变化,刀刃切向应力值符号发生改变,而径向应力值则一直保持为非正;随着贯入度增加,径向应力与切向应力均变大,且径向应力变化趋势更明显。此外,刀刃径向应力明显大于切向应力。     

地应力对TBM滚刀破岩力影响室内试验研究

为研究地应力对隧道掘进机(TBM)滚刀破岩力的影响,采用北京工业大学研制的机械破岩试验平台分五个双向等围压模拟地应力对重庆青砂岩进行室内全尺寸线性切削试验。结果表明,围压对TBM滚刀破岩的影响可划分为三个阶段,即强化效应阶段、损伤效应阶段和破裂效应阶段。本文深入揭示围压对盘形滚刀受力性能的影响,为川藏线地应力条件下TBM开挖时刀盘动力参数设计与施工运行参数优化提供参考。     

基于三维颗粒流模型的TBM滚刀顺次破岩的研究

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。     

基于施工条件下的盘形滚刀破岩数值研究

考虑到全断面硬岩掘进机盘形滚刀破岩时受力情况的复杂性,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对滚刀受力进行研究。依托于吉林引水工程地质与TBM设备参数,建立滚刀-岩石三维数值模型,并将数值结果与现场实际掘进参数对比验证数值模型的准确性,在此基础上获得不同刀间距与贯入度下滚刀受力的变化规律。模拟结果展示了破岩过程中滚刀所受到的垂直力随破岩距离的增长而剧烈振荡变化,在贯入度定值下,滚刀所受到的垂直力随着刀间距的增加而增大,滚动力受刀间距影响不大;在刀间距定值下,随着贯入度的增加,垂直力与滚动力均逐渐增加。研究结果可为改善盘形滚刀的设计、延长其使用寿命提供一定的理论指导。     

基于ABAQUS的单双滚刀破岩分析

为研究无初始角速度的被动滚动和有初始角速度的主动滚动这两种运动模式下全断面隧道掘进机滚刀破岩历程的摩擦耗能差别以及不同间距下双刀协同破岩的工作状态,探寻最优刀间距,利用ABAQUS对滚刀破岩过程进行有限元分析.结果表明:滚刀与岩石接触之初,接触应力持续增加导致岩石破碎后,无论滚刀有无动力,其摩擦耗能均随掘进距离线性增加...     

单向非贯通节理岩体滚刀破岩 特性离散元模拟

相较于贯通节理,岩桥的存在使非贯通节理岩体受力破坏过程更加复杂。为探明其对破岩影响,通过采 用 PFC2D建立单向非贯通节理岩体滚刀破岩离散元模型,研究岩桥长度和倾角对岩体破碎模式、法向力、裂纹数 量及比能耗等参数的影响,揭示非贯通节理岩体滚刀破岩特性。研究发现：岩体以张拉破坏为主,节理对裂 纹扩展的“导向作用”明显,裂纹扩展方向总是趋向于和其距离最近的节理;竖向应力水平随节理倾角增加呈现 先增大后减小的趋势,在 45°倾角下达到最大值,应力区形状受到节理位置影响,两者具有一致性;完整岩体法 向力均值和峰值均大于节理岩体,节理对于破岩过程具有明显的促进作用;0°、60°、90°节理倾角下的比能耗值 明显低于其他节理组合,60°倾角下呈减小趋势,在岩桥长度为 25 mm 时取得最小值;0°、90°倾角下呈先减小后 增大趋势,在岩桥长度为 15 mm 时取得最小值。     

TBM破岩机理及刀圈改形技术研究

通过地应力对破岩影响的分析,对TBM破岩机理进行了研究,着重考虑了岩石破裂角对破岩效果的影响.在刀圈荷载一定的条件下,为提高破岩效果可以针对不同的岩石采用不同的刀圈外形.结合秦岭隧道的工程实际,提出了提高工作效率的刀圈改形方案.     

球型镶齿滚刀参数对破岩比能影响性研究

研究球型镶齿滚刀破岩过程中刀盘转速、钻压、镶齿数、刀盘间距以及贯入度5种因素对破岩比能的影响,利用ABAQUS有限元计算软件,建立双排滚刀直线切割围岩的动力显式模型;基于正交试验法,设置五因素四水平正交试验L16(4~5),通过极差分析和方差分析找出不同因素变化对破岩比能的影响规律,并对比分析最优组合和最不利工况下滚刀滚动力和破岩效果。研究结果表明:影响滚刀破岩比能因素的主次顺序依次是钻压、刀盘排距、转速、刀齿数和贯入度;适用于中风化凝灰岩互层的钻具参数为转速12.56 m/s,钻压25 kN,刀齿数34个,刀盘排距35 mm,贯入度1 mm,此时的破岩比能为0.382 8 MJ/m~3,优化效果较好。     

山城岩质地层条件下复合式TBM刀盘边缘滚刀安装倾角研究

边缘滚刀安装在全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘的最外侧,由于存在安装倾角,其破岩力学行为和布置规律也更为复杂。基于颗粒离散单元法,以重庆地铁建设中遇到的典型砂岩为研究对象,引入颗粒间平行黏结接触关系,通过数值试验标定其颗粒流微观参数。建立3把边缘滚刀旋转切岩颗粒流模型,分析不同安装倾角下最内和最外侧边缘滚刀的受力特征,结合相邻滚刀间裂纹扩展情况,提出复合式TBM最内和最外侧边缘滚刀安装倾角最优范围。研究结果表明：边缘滚刀所受滚动力受安装倾角的影响较小,垂直力受安装倾角的影响较大,侧向力受安装倾角的影响最明显。最内侧边缘滚刀安装倾角过大会削弱其与相邻滚刀协同破岩作用,不利于提高破岩效率。滚刀受力和岩石裂纹贯通与否共同控制最内侧边缘滚刀倾角设计,建议重庆岩质地层复合式TBM最内侧边缘滚刀安装倾角设置为9°左右。滚刀受力主要控制最外侧边缘滚刀倾角设计,为提高滚刀受力稳定性和使用寿命,建议最外侧边缘滚刀安装倾角不超过70°。研究成果可为岩质地层条件下城市地铁复合式TBM的布刀优化设计提供参考。     

TBM地铁施工下穿高速公路的数值模拟分析

为了研究TBM法(Tunnel Boring Machine)地铁施工下穿高速公路对高速沉降变形的影响,以某TBM法地铁施工实例,介绍了TBM法隧道施工时应施加的荷载和施加的方法,并通过采用FLAC有限差分软件,计算TBM法地铁施工下穿对渝合高速公路沉降变形的影响程度,说明了采用FLAC软件计算此类问题的可行性。     

基于UDEC仿真的滚刀最优刀间距确定方法

为了得到指定切深下合理的刀间距,提出一种基于UDEC仿真的滚刀最优刀间距确定方法。通过试验机得到岩样力学参数,利用2D离散元仿真软件UDEC,建立了无围压条件下两把滚刀顺次切削节理不发育岩石的数学模型,在此基础上设计了一组数值试验,成功地模拟出了不同切深和刀间距下滚刀破碎岩石的全过程。分析得到指定切深下仿真切削比能耗与刀间距的对应关系,最小比能耗下的刀间距即为最优刀间距。最后,利用回转式盾构刀具切削实验台,采用恒切深方式进行多组实验,记录刀具所受三向力和破碎岩样重量,得到实验最优刀间距。通过实验手段和仿真手段得到的最优刀间距基本一致,工程数据也进一步证实了这一点。因此,基于UDEC仿真的滚刀最优刀间距确定方法是可行的。     

悬挂式单轨车制动盘摩擦仿真分析

基于ANSYS 12.0有限元软件,建立了日本千叶县0系悬挂式单轨车制动盘有限元模型。根据悬挂式单轨车的实际情况确定了制动初始参数,提出了改进的热功率法,并仿真计算了悬挂式单轨车制动盘在正常制动下的温度场、应力场情况。仿真结果表明:千叶县0系悬挂式单轨车的制动盘在制动时满足性能要求,但存在径向变形过大的问题。     

TBM掘进机关键部件--盘型滚刀的研制

TBM刀具是关系TBM掘进速率的基本要素。通过对刀具工作条件的分析和研究,指出刀具寿命与岩石完整性及其在刀盘的位置相关;提出关于整刀及其刀圈、刀体、刀轴、托架、轴承、油封等部件选材、热处理和加工精度的技术指标要求以及相应试验方法和原则;最终以刀位系数作为刀具评价标准,选取优良刀具进行现场试验。     

高速动车组轮盘用紧固螺栓仿真分析

高速动车组轮装制动盘通过多个螺栓与车轮固定,制动过程中,由于制动盘和螺栓产生热变形,导致螺栓承受较大拉应力,存在失效可能。利用有限元软件ABAQUS,建立了与实际相符的高速动车组轮装制动盘、车轮、联接件、螺栓套的有限元模型,螺栓施加相应的预紧力。计算得到300km/h高速动车组制动盘和螺栓联接件的温度场和应力场结果,校核了螺栓强度,为不同时速的动车组轮装制动盘用螺栓提供了模拟计算方法。在1∶1台架试验上,验证了模型温度场计算的准确性。     

高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证

通过建立极坐标下热应力平衡方程,求解得到制动盘热应力表达式;采用有限元分析法对初速度为270 km/h的高速列车合金锻钢制动盘紧急制动工况后的残余应力进行数值模拟分析。结果表明,较大的残余拉应力分布在摩擦面上,随厚度方向逐渐减小,最大残余应力值542 MPa,且在摩擦环内应力分布并不均匀。用X射线应力测定仪对制动盘摩擦环的残余应力进行测定,试验测得最大残余应力值为348.4 MPa。仿真结果和试验结果相差35.7%,结果虽相差较大,但变化趋势基本一致,且合乎实际。理论仿真结果能直接用于制动盘疲劳裂纹扩展评定和寿命预测。     

盾构滚刀布置倾角与磨损关系探讨

针对地铁盾构施工中盾构机刀盘过渡段刀具的倾角布置方式,分析了不同布置类型在不同地层和盾构施工不同阶段刀具受力情况,以及不同的受力情况导致的刀具使用寿命的差异,提出刀具倾角布置适应性建议。     

大相岭隧道岩爆数值模拟预测研究

从大相岭隧道实测原始地应力入手,对不同的地应力场具有针对性地建立二维、三维数值模型,来进行岩爆时空效应的数值模拟研究。二维模型通过采用不同地应力释放率,来考虑岩爆发生的时间效应,且确定出岩爆易发生的隧道部位及最大地应力沿洞周分布规律和范围。同时采用三维模型,探明了大相岭隧道在两种不同特征地应力场中开挖时最大地应力的分布规律,并得出了最大主应力分布范围与开挖进尺及支护的关系,具有一定的实际意义。     

含瓦斯压力的煤体爆破数值模拟研究

为初步探讨瓦斯压力对煤体爆破过程的影响,运用ANSYS/LS-DYNA软件对含瓦斯压力的煤体爆破过程进行数值模拟研究,分析比较了瓦斯压力的存在与否对爆炸应力波的影响,得出了瓦斯压力对煤体的爆破起积极作用。数值模拟结果表明,存在瓦斯压力的煤体爆破是爆炸应力波、爆生气体和瓦斯压力共同作用的结果。     

薄基岩采动岩体裂隙发育模型试验及颗粒流数值模拟

为了对薄基岩条件下煤矿安全开采做出评价,采用工程地质力学模型与数值模型的方法对某煤矿区典型薄基岩条件下开采进行模拟。结果显示采动诱发的导水裂隙带可以很快波及上覆含水层。导水裂隙带整体呈马鞍形,这与传统的“上三带”理论相吻合。首次采用颗粒流数值模拟方法进行模拟,结果与工程地质力学模型结果相似,验证了该数值模型的有效性。