本文關(guān)鍵詞：復(fù)合地層TBM破巖過程滾刀磨損機(jī)理及掘進(jìn)效率研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國大規(guī)�；A(chǔ)建設(shè)的展開,所需建設(shè)和在建的隧道越來越多,而TBM能夠以更快的速度和更高的質(zhì)量以及更低的成本完成對(duì)隧道的開挖,因此,TBM的應(yīng)用將越來越廣泛且會(huì)不可避免的面臨復(fù)合地層掘進(jìn)問題。在TBM開挖隧道的過程中,掘進(jìn)機(jī)前端的刀盤所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜,尤其是在復(fù)合地層中掘進(jìn)時(shí),滾刀破巖過程中滾刀對(duì)刀盤的作用力直接影響著掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的方向,而在不同的地質(zhì)條件和施工參數(shù)下盤形滾刀破碎巖石的效果又不一樣,且滾刀的磨損情況十分嚴(yán)重,在復(fù)合地層中還會(huì)出現(xiàn)滾刀偏磨的現(xiàn)象,直接影響著施工的進(jìn)度和成本。因此,對(duì)TBM盤形滾刀破巖機(jī)理及磨損情況進(jìn)行研究就變得十分重要。本文綜合采用理論分析及數(shù)值模擬方法對(duì)這一問題進(jìn)行研究。主要內(nèi)容如下:(1)基于對(duì)盤形滾刀磨損因素的分析,介紹了包含滾刀結(jié)構(gòu)參數(shù)和掘進(jìn)參數(shù)的定量預(yù)估滾刀磨損量的方法,并且對(duì)滾刀在復(fù)合地層條件下發(fā)生偏磨的條件和滾刀偏磨的磨損量進(jìn)行了分析,得到了滾刀正常磨損量與滾刀偏磨量的預(yù)估方法。(2)通過對(duì)盤形滾刀破巖運(yùn)動(dòng)的分析,在單點(diǎn)雙角度變量理論的基礎(chǔ)上,建立了TBM盤形滾刀破巖三維力學(xué)模型,并進(jìn)行了相應(yīng)的研究,推導(dǎo)出了盤形滾刀垂直力、滾動(dòng)力和側(cè)向力的數(shù)值模型,且結(jié)合了已有理論模型對(duì)其進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。(3)將盤形滾刀三維破巖力學(xué)模型應(yīng)用到復(fù)合地層中,并對(duì)復(fù)合地層條件下的滾刀破巖力和滾刀破巖時(shí)的巖體應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行討論和分析,得到了滾刀作用下巖石的破壞區(qū)域和損傷區(qū)域,通過研究發(fā)現(xiàn)巖石損傷區(qū)域是不對(duì)稱的且損傷區(qū)域被劃分為兩部分:左損傷域和右損傷域。(4)對(duì)復(fù)合地層條件下的滾刀偏磨進(jìn)行了分析,研究了偏磨在軟硬復(fù)合地層中發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素。此外,還通過參數(shù)分析研究了滾刀切深和滾刀安裝半徑對(duì)滾刀偏磨量的影響。(5)采用通用有限元程序ANSYS/LS-DYNA對(duì)滾刀貫入下的巖石應(yīng)力場(chǎng)及破壞特征進(jìn)行分析,討論了盤形滾刀破巖過程中的受力變化及巖石破碎過程;研究了均一地層和復(fù)合地層情況下滾刀的破巖力變化情況,并分析了復(fù)合地層滾刀破巖的掘進(jìn)效率。
【關(guān)鍵詞】：TBM 復(fù)合地層 磨損量預(yù)測(cè) ANSYS/LS-DYNA 掘進(jìn)效率
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 研究意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 盤形滾刀破巖機(jī)理11-14
• 1.2.2 盤形滾刀受力預(yù)測(cè)14-16
• 1.2.3 盤形滾刀磨損16-17
• 1.2.4 存在不足17
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線17-18
• 1.3.1 研究內(nèi)容17-18
• 1.3.2 技術(shù)路線18
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)18-21
• 2 盤形滾刀正常與偏磨磨損量計(jì)算模型21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 滾刀正常磨損與偏磨發(fā)生機(jī)制21-23
• 2.3 滾刀與巖體相對(duì)滑動(dòng)過程接觸力學(xué)模型23-26
• 2.3.1 滾刀與巖石接觸區(qū)彈性滑動(dòng)分析23
• 2.3.2 接觸區(qū)域的邊界條件23-24
• 2.3.3 接觸區(qū)盤形滾刀的受力24
• 2.3.4 滑移比的確定24
• 2.3.5 滾刀偏磨與正常磨損發(fā)生臨界條件24-26
• 2.4 滾刀磨損量計(jì)算模型26-31
• 2.4.1 體積磨損量與摩擦功之間的關(guān)系26
• 2.4.2 摩擦功的確定26-27
• 2.4.3 體積磨損量計(jì)算模型27-31
• 2.5 正常磨損與偏磨對(duì)比分析31-34
• 2.5.1 滾刀正常磨損分析31-32
• 2.5.2 滾刀偏磨分析32-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 3 復(fù)合地層滾刀破巖力三維力學(xué)模型35-77
• 3.1 引言35
• 3.2 單點(diǎn)雙角度變量理論35-36
• 3.3 單點(diǎn)雙角度理論的應(yīng)用36-39
• 3.3.1 巖體變形幾何方程的建立36-38
• 3.3.2 滾刀刃域破巖運(yùn)動(dòng)引起的巖石對(duì)應(yīng)點(diǎn)的接觸力38-39
• 3.4 盤形滾刀引起的巖石彈性應(yīng)力域39-45
• 3.4.1 滾刀刃域內(nèi)側(cè)引起的巖石應(yīng)力分布40-42
• 3.4.2 滾刀刃域外側(cè)引起的巖石應(yīng)力分布42-45
• 3.5 滾刀破巖力三維模型45-54
• 3.5.1 破巖力計(jì)算公式的建立45-46
• 3.5.2 三維破巖力模型下滾刀磨損量的計(jì)算46-47
• 3.5.3 三維破巖力預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證47-49
• 3.5.4 參數(shù)敏感性分析49-54
• 3.6 復(fù)合地層下滾刀切削力和巖體應(yīng)力場(chǎng)分布54-74
• 3.6.1 復(fù)合地層條件下滾刀的切削力55-57
• 3.6.2 復(fù)合地層條件下滾刀破巖引起的巖石應(yīng)力場(chǎng)分布57-70
• 3.6.3 復(fù)合地層條件下滾刀偏磨分析70-74
• 3.7 本章小結(jié)74-77
• 4 TBM盤形滾刀掘進(jìn)過程數(shù)值模擬及掘進(jìn)效率分析77-101
• 4.1 引言77
• 4.2 均一地層盤形滾刀掘進(jìn)過程數(shù)值模擬77-89
• 4.2.1 數(shù)值分析模型77-81
• 4.2.2 均一地層滾刀破巖力分析81-85
• 4.2.3 均一地層滾刀破巖分析85-89
• 4.3 復(fù)合地層盤形滾刀掘進(jìn)過程數(shù)值模擬89-98
• 4.3.1 復(fù)合地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化89-90
• 4.3.2 軟硬互層盤形滾刀破巖模擬90
• 4.3.3 復(fù)合地層滾刀破巖力分析90-92
• 4.3.4 復(fù)合地層滾刀破巖效率分析92-98
• 4.4 本章小結(jié)98-101
• 5 結(jié)論與展望101-103
• 5.1 結(jié)論101-102
• 5.2 展望102-103
• 致謝103-105
• 參考文獻(xiàn)105-111
• 附錄111
• A.作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄111
• B.作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目及得獎(jiǎng)情況111

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