本文關(guān)鍵詞：復(fù)合地層下TBM掘進(jìn)的可掘性評價

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合地層 可掘性指數(shù) 地質(zhì)因素 破巖效率

【摘要】：TBM集成了液壓、機(jī)械、電氣等諸多領(lǐng)域的高科技成果,提高了隧道施工效率,在隧道建設(shè)中運(yùn)用越來越廣泛。為了對TBM施工下的隧道進(jìn)行工期估算、機(jī)械選型、工程經(jīng)濟(jì)效果評價,必須對TBM施工的適應(yīng)性進(jìn)行研究,尤其是在軟巖硬巖均有分布的復(fù)合地層中,本文對復(fù)合地層下TBM施工的圍巖可掘性評價方法進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容有:(1)在隧道工程開挖斷面范圍內(nèi)或開挖延伸方向上,由兩種或兩種以上不同地層組成的稱為復(fù)合地層,對于陡傾互層類型的復(fù)合地層,軟巖和硬巖的厚度之比影響了地層的剛度和性質(zhì),將掌子面內(nèi)的硬巖厚度與總厚度的比值定義為厚度比,進(jìn)一步研究厚度比對掘進(jìn)效率的影響,隨著厚度比的增大,可掘性指數(shù)越大,巖體越難掘進(jìn)。(2)當(dāng)滾刀推力大于臨界值時,巖石開始破碎,隨著推力的增大,巖體破碎效率提高。但是對圍巖的可掘性評價需要排除TBM運(yùn)行參數(shù),因此選取單位推力下的破巖速度為可掘性指數(shù),并以此來表征巖體的可掘性,這樣就排除了運(yùn)行參數(shù)對TBM破巖效率的影響。(3)滾刀作用在巖石上,在壓應(yīng)力的作用下,滾刀下巖石破碎。將滾刀作用簡化為一個集中荷載作用在巖石上,將軟硬復(fù)合地層看做是一個橫觀各向同性的等效連續(xù)體,得出了軟硬巖疊加時的等效剛度,求解出橫觀各向同性下的boussinesq解,給出滾刀作用下的巖體應(yīng)力分布,以摩爾庫倫為屈服準(zhǔn)則,通過MATLAB編程,以此來求解巖體的屈服區(qū)域,地層的豎向應(yīng)力呈現(xiàn)對稱的應(yīng)力泡狀態(tài),軟巖和硬巖的狀態(tài)出現(xiàn)分化。(4)通過復(fù)合地層下的boussinesq解,計(jì)算分析厚度比、巖體強(qiáng)度對破巖效率的影響。隨著巖體強(qiáng)度的增大,巖體越難掘進(jìn),可掘性指數(shù)增大,并且與巖體強(qiáng)度呈現(xiàn)線性函數(shù)關(guān)系;隨著厚度比的增大,即硬巖的成分越來越多,巖體越難掘進(jìn),可掘性指數(shù)增大,與厚度比呈現(xiàn)對數(shù)函數(shù)的關(guān)系。(5)運(yùn)用離散元軟件UDEC進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬厚度比、巖體強(qiáng)度、節(jié)理間距和節(jié)理夾角對掘進(jìn)效率的影響,并與理論計(jì)算進(jìn)行對比,歸納出多因素模型,模型從厚度比、巖體強(qiáng)度、節(jié)理間距和節(jié)理夾角四個方面對可掘性進(jìn)行評價。勒奇山隧道和扎格羅斯隧道的現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明,預(yù)測模型在評價因素對可掘性指標(biāo)的影響趨勢上具有一致性。評價模型精簡了影響可掘性指標(biāo)的因素,考慮了復(fù)合地層的要素,且采用線性的關(guān)系,更能反映出各個因素對可掘性的影響,使模型更加準(zhǔn)確和簡潔。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合地層 可掘性指數(shù) 地質(zhì)因素 破巖效率
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U455.4
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 問題的提出及意義9-13
• 1.1.1 TBM的破巖機(jī)理9-10
• 1.1.2 影響TBM掘進(jìn)的地質(zhì)因素10-13
• 1.1.3 問題的提出13
• 1.2 研究現(xiàn)狀及存在的不足13-22
• 1.2.1 巖體分類系統(tǒng)14-17
• 1.2.2 巖體分類系統(tǒng)對TBM巖體的可掘性評價17-20
• 1.2.3 研究存在的不足20-22
• 1.3 本文研究思路及技術(shù)路線22-25
• 2 復(fù)合地層下滾刀破巖的理論分析25-39
• 2.1 滾刀破巖的理論分析25-33
• 2.1.1 滾刀的結(jié)構(gòu)特征25-27
• 2.1.2 滾刀破巖的過程27-28
• 2.1.3 滾刀作用力的數(shù)學(xué)模型28-33
• 2.2 復(fù)合地層滾刀破巖的解析解33-36
• 2.2.1 等效連續(xù)體33-35
• 2.2.2 橫觀各向同性下的boussinesq解35-36
• 2.2.3 破壞準(zhǔn)則36
• 2.3 MATLAB程序編寫36-37
• 2.3.1 基本原理與步驟36-37
• 2.3.2 主要功能37
• 2.4 小結(jié)37-39
• 3 復(fù)合地層對TBM可掘性的影響39-49
• 3.1 復(fù)合地層的定義及指標(biāo)39
• 3.2 可掘性指標(biāo)的選取39-43
• 3.3 復(fù)合地層對可掘性影響的計(jì)算分析43-47
• 3.3.1 理論計(jì)算模型的建立43-46
• 3.3.2 厚度比對可掘性的影響46
• 3.3.3 巖石強(qiáng)度對可掘性的影響46-47
• 3.4 小結(jié)47-49
• 4 滾刀破巖的數(shù)值模擬49-67
• 4.1 離散單元法49-51
• 4.2 數(shù)值模型的建立51-60
• 4.2.1 單滾刀破巖模擬51-53
• 4.2.2 雙滾刀破巖模擬53-57
• 4.2.3 雙滾刀最優(yōu)間距的模擬57-60
• 4.3 厚度比對破巖效率影響的數(shù)值模擬60-61
• 4.4 抗壓強(qiáng)度對破巖效率影響的數(shù)值模擬61-62
• 4.5 節(jié)理方向?qū)ζ茙r效率影響的數(shù)值模擬62-64
• 4.6 節(jié)理間距破巖效率影響的數(shù)值模擬64-65
• 4.7 小結(jié)65-67
• 5 巖體可掘性預(yù)測模型67-75
• 5.1 多因素預(yù)測模型67-68
• 5.1.1 模型的內(nèi)容和使用方法67-68
• 5.1.2 模型的適用范圍68
• 5.2 工程對比68-74
• 5.3 模型的局限性74
• 5.4 小結(jié)74-75
• 6 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 結(jié)論75-76
• 6.2 展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 附錄83
• A.碩士期間參與的科研及工程項(xiàng)目83

【參考文獻(xiàn)】

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1 吳起星;復(fù)合地層中盾構(gòu)機(jī)滾刀破巖力學(xué)分析[D];暨南大學(xué);2011年

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本文編號：795045