本文關(guān)鍵詞：復合地層TBM滾刀破巖機理的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟建設(shè)和城市化建設(shè)的高速發(fā)展,對各種資源的需求量不斷增加,地下工程和基礎(chǔ)建設(shè)的范圍不斷拓寬,TBM施工中越來越多的遇到復合地層。作為自動化程度較高的施工手段,TBM施工法在復合地層中相較于傳統(tǒng)的巖爆法施工,依然具有高效經(jīng)濟安全等諸多優(yōu)點,然而復合地層施工中出現(xiàn)的眾多問題顯示了TBM施工法在復合地層中的不成熟。目前大多數(shù)的滾刀破巖研究都是針對均質(zhì)地層的,對復合地層中的滾刀破巖機制認識不夠成為限制該方法發(fā)展的重要瓶頸。本文基于離散元軟件,對復合地層中的盤形滾刀破巖機理進行了研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)通過查閱大量文獻,對國內(nèi)外學者關(guān)于滾刀破巖理論研究的手段、方法和理論成果進行了歸納總結(jié)。基于離散單元法,建立了滾刀破巖的三維數(shù)值模型,模擬了單滾刀和雙滾刀作用下的巖石破碎過程,驗證了數(shù)值模擬的可行性和合理性。(2)模擬了均質(zhì)地層中不同地質(zhì)參數(shù)下的雙滾刀破巖過程,研究了不同節(jié)理參數(shù)、圍壓和巖體強度對滾刀破巖模式、裂紋模式和破巖效率以及最優(yōu)刀間距的影響,結(jié)果表明:節(jié)理參數(shù)會影響巖體的破碎模式,節(jié)理引導裂紋向內(nèi)部發(fā)展,阻隔了裂紋向下一節(jié)理面的貫通,在30°—60°的范圍,側(cè)向裂紋較難貫通。不同的節(jié)理參數(shù)下,根據(jù)節(jié)理傾角和節(jié)理間距的組合存在最優(yōu)刀間距。圍壓和巖體強度對破巖模式的影響不大,但是會影響裂紋的發(fā)展方向和擴展能力。圍壓和巖體強度越大,從能耗的角度來講,破巖效率越低。(3)模擬了復合地層中不同地質(zhì)參數(shù)下的雙滾刀破巖過程,研究了不同節(jié)理參數(shù)、圍壓和巖體強度跟復合地層中的滾刀受力、裂紋發(fā)展、破碎模式和破巖效率的關(guān)系。結(jié)果表明:復合地層中存在不均勻破碎,硬巖的破巖效率要低于軟巖,軟巖的破碎體積大,容易“脫空”,造成偏磨。節(jié)理參數(shù)對破巖模式影響較大,節(jié)理偏向軟巖TBM效率較高,且節(jié)理越密集,破巖越容易。圍壓對破巖模式影響不大,對裂紋的影響跟均質(zhì)地層一樣,且硬巖受影響更明顯。節(jié)理間距和圍壓較小時,復合地層的最優(yōu)刀間距趨于一致。本文的創(chuàng)新點主要有以下幾點:利用離散單元法建立了滾刀破巖的三維模型,對不同地質(zhì)因素下的雙滾刀作用機理進行了深入分析,研究了復合地層中的滾刀破巖特性。
【關(guān)鍵詞】：復合地層 滾刀破巖 地質(zhì)因素 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U455.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-13
• 主要符號13-14
• 1 緒論14-26
• 1.1 選題背景與來源14-16
• 1.2 TBM破巖機理及影響因素的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 TBM破巖理論研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 TBM破巖試驗研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 TBM破巖數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20-21
• 1.2.4 存在的問題21-22
• 1.3 課題研究目的及意義22-23
• 1.4 研究的主要內(nèi)容23-26
• 2 復合地層破巖分析理論26-48
• 2.1 巖石的強度準則26-27
• 2.2 巖石中的應力分布27-28
• 2.3 巖石破碎理論28-31
• 2.3.1 滾刀受力分析28
• 2.3.2 破巖理論28-31
• 2.3.3 滾刀破巖的力-位移曲線31
• 2.4 破巖效率影響因素31-32
• 2.5 離散元方法介紹32-44
• 2.5.1 離散單元法的歷史及發(fā)展33-34
• 2.5.2 離散單元法的基本原理34-35
• 2.5.3 離散單元法的基本要素35-37
• 2.5.4 離散單元法的接觸判斷37-39
• 2.5.5 離散單元法的基本方程39-41
• 2.5.6 離散單元法的計算機實施41-44
• 2.6 3DEC的本構(gòu)方程44-48
• 3 均勻地層中的TBM破巖機制48-76
• 3.1 建立模型48-51
• 3.1.1 相關(guān)因素簡化48-49
• 3.1.2 數(shù)值模型49-51
• 3.2 滾刀破巖過程的數(shù)值模擬51-56
• 3.2.1 單滾刀下裂紋的擴展51-53
• 3.2.2 雙滾刀下巖片的形成53-56
• 3.3 節(jié)理對滾刀破巖的影響56-67
• 3.3.1 節(jié)理傾角對滾刀破巖的影響56-61
• 3.3.2 節(jié)理間距對滾刀破巖的影響61-67
• 3.4 巖石強度對滾刀破巖的影響67-70
• 3.4.1 不同強度下的破巖分析67-69
• 3.4.2 不同強度巖體的裂紋分析69-70
• 3.4.3 不同強度下的最優(yōu)刀間距70
• 3.5 圍壓對滾刀破巖的影響70-75
• 3.5.1 圍壓對破巖模式的影響71-72
• 3.5.2 圍壓對裂紋擴展的影響72-73
• 3.5.3 圍壓對最優(yōu)刀間距的影響73-75
• 3.6 本章小結(jié)75-76
• 4 復合地層中的TBM破巖機制76-114
• 4.1 復合地層介紹76-80
• 4.1.1 復合地層的定義及分類76-78
• 4.1.2 建立模型78-80
• 4.2 復合地層中TBM破巖分析80-86
• 4.2.1 軟硬混合地層的破巖分析81-84
• 4.2.2 軟硬地層滾刀間距分析84-86
• 4.3 包含節(jié)理的復合地層破巖分析86-100
• 4.3.1 節(jié)理間距對復合地層的破巖影響86-92
• 4.3.2 節(jié)理方向?qū)秃系貙拥钠茙r影響92-100
• 4.4 地應力對復合地層破巖影響100-106
• 4.5 滾刀磨損分析及建議106-112
• 4.5.1 滾刀磨損的分析107-109
• 4.5.2 影響滾刀磨損的因素109-111
• 4.5.3 滾刀磨損建議111-112
• 4.6 本章小結(jié)112-114
• 5 結(jié)論與展望114-118
• 5.1 論文的主要工作和結(jié)論114-115
• 5.2 本文主要創(chuàng)新點115
• 5.3 不足與展望115-118
• 致謝118-120
• 參考文獻120-126

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本文編號：1033497