發(fā)布時(shí)間：2019-07-25 07:56

【摘要】：基于蘇埃通道盾構(gòu)工程和盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的盾構(gòu)施工模態(tài)系統(tǒng)的刀盤實(shí)體,利用JHC本構(gòu)模型對(duì)巖體進(jìn)行仿真,通過顯示動(dòng)力學(xué)軟件LS-DYNA對(duì)不同模式下的滾刀群切削復(fù)合地層進(jìn)行數(shù)值模擬,并結(jié)合滾刀、刀盤的力學(xué)分析及傅立葉變換函數(shù),得到滾刀和刀盤的三向荷載-時(shí)間歷程曲線及荷載的頻譜圖。通過分析荷載曲線及頻譜圖可知:1)在荷載特性方面,切削過程中滾刀和刀盤荷載均具有突變性、隨機(jī)性和沖擊性;當(dāng)滾刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)過軟硬巖層交界面時(shí),滾刀切點(diǎn)荷載發(fā)生突變,有可能發(fā)生劇烈震蕩。2)在振動(dòng)特性方面,刀盤荷載的頻率主要集中在0~5 Hz,屬于典型的低頻振動(dòng),并與滾刀的頻率分布一致;軟巖及硬巖僅對(duì)滾刀荷載的幅值產(chǎn)生影響,對(duì)其頻率分布影響有限。結(jié)合刀盤在軟硬不均地層條件下靜力學(xué)的分析結(jié)果,確定刀盤在不均勻受力狀態(tài)下的最大應(yīng)力、應(yīng)變位置,為蘇埃通道滾刀破巖物理模型試驗(yàn)刀盤測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建提供了依據(jù)。
【圖文】：

巖盤取圓環(huán)狀，在保證滾刀軌跡均能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，可減少模型計(jì)算量。滾刀切削模型如圖3所示。(a)標(biāo)準(zhǔn)滾刀(b)標(biāo)準(zhǔn)滾刀簡化模型圖1標(biāo)準(zhǔn)滾刀結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Structurediagramsofstandarddisccutter(a)CAD圖(b)三維示意圖圖2刀盤示意圖Fig．2Sketchdiagramsofcutterhead(a)中心滾刀(b)正滾刀圖3滾刀切削模型Fig．3Cuttingmodelsofdisccutter以中心滾刀切削模型為例，簡述其有限元仿真的關(guān)鍵點(diǎn)。在剖分網(wǎng)格方面，刀圈和刀體為自由剖分，巖體為掃略(sweep)剖分，網(wǎng)格大小均設(shè)定為20mm。在接觸方面，刀圈和刀體設(shè)定為自動(dòng)單面(singlesurface)接觸，保證刀圈和刀體之間不發(fā)生分離;刀圈和巖體設(shè)定為面面侵蝕(erodingsurface)接觸，在巖體單元失效刪除后，該接觸能夠保證滾刀刀圈與巖體單元繼續(xù)進(jìn)行侵蝕模擬。此外，通過無反射邊界條件的設(shè)定，將模型中的巖體仿真為無限大，其底面和側(cè)面各施加30MPa和15MPa的圍壓，使之符合現(xiàn)實(shí)工況中的巖體狀態(tài)。根據(jù)典型軟硬不均地層盾構(gòu)隧道的工程地質(zhì)特征和地質(zhì)力學(xué)模型，，確定盾構(gòu)的推力和轉(zhuǎn)速。初步確定刀盤轉(zhuǎn)速為5r/min，并將該速度以角速度0．63rad/s的形式施加到巖盤上;掘進(jìn)速度為5mm/s，施加到刀體上。中心滾刀刀軸線的初始位置與軟硬巖層分界線相交，以便研究滾刀經(jīng)過軟硬不均地層交界面時(shí)滾刀荷載的變化，其初始狀態(tài)的有限元模型如圖4所示。圖4軟硬不均地層中心滾刀初始狀態(tài)Fig．4Initialstateofcenterdisccutterinheterogeneousground106隧道建設(shè)第37卷

巖盤取圓環(huán)狀，在保證滾刀軌跡均能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，可減少模型計(jì)算量。滾刀切削模型如圖3所示。(a)標(biāo)準(zhǔn)滾刀(b)標(biāo)準(zhǔn)滾刀簡化模型圖1標(biāo)準(zhǔn)滾刀結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1Structurediagramsofstandarddisccutter(a)CAD圖(b)三維示意圖圖2刀盤示意圖Fig．2Sketchdiagramsofcutterhead(a)中心滾刀(b)正滾刀圖3滾刀切削模型Fig．3Cuttingmodelsofdisccutter以中心滾刀切削模型為例，簡述其有限元仿真的關(guān)鍵點(diǎn)。在剖分網(wǎng)格方面，刀圈和刀體為自由剖分，巖體為掃略(sweep)剖分，網(wǎng)格大小均設(shè)定為20mm。在接觸方面，刀圈和刀體設(shè)定為自動(dòng)單面(singlesurface)接觸，保證刀圈和刀體之間不發(fā)生分離;刀圈和巖體設(shè)定為面面侵蝕(erodingsurface)接觸，在巖體單元失效刪除后，該接觸能夠保證滾刀刀圈與巖體單元繼續(xù)進(jìn)行侵蝕模擬。此外，通過無反射邊界條件的設(shè)定，將模型中的巖體仿真為無限大，其底面和側(cè)面各施加30MPa和15MPa的圍壓，使之符合現(xiàn)實(shí)工況中的巖體狀態(tài)。根據(jù)典型軟硬不均地層盾構(gòu)隧道的工程地質(zhì)特征和地質(zhì)力學(xué)模型，確定盾構(gòu)的推力和轉(zhuǎn)速。初步確定刀盤轉(zhuǎn)速為5r/min，并將該速度以角速度0．63rad/s的形式施加到巖盤上;掘進(jìn)速度為5mm/s，施加到刀體上。中心滾刀刀軸線的初始位置與軟硬巖層分界線相交，以便研究滾刀經(jīng)過軟硬不均地層交界面時(shí)滾刀荷載的變化，其初始狀態(tài)的有限元模型如圖4所示。圖4軟硬不均地層中心滾刀初始狀態(tài)Fig．4Initialstateofcenterdisccutterinheterogeneousground106隧道建設(shè)第37卷
【作者單位】： 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;華北水利水電大學(xué)巖土工程與水工結(jié)構(gòu)研究院;
【基金】：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)專項(xiàng)(2012AA041802) 盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SMBT2012K002) 福建省地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(FJKLGP2012K004) 華北水利水電大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃基金(YK2015-12)
【分類號(hào)】：U455.39

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本文編號(hào)：2518946