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预切槽和TBM机械滚刀的新型联合破岩模式研究 被引量：20
1
作者 徐福通 卢景景 +3 位作者 周辉 肖建成 张传庆 邱浩权 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1363-1372,共10页
传统机械-岩体相互作用的破岩模式已经无法大幅提升隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的掘进效率,新型破岩技术及其破岩机制逐渐被重视。在不改变现有TBM主体结构的前提下,通过开展3种不同岩性有无预切槽试样在侧向约束条件下... 传统机械-岩体相互作用的破岩模式已经无法大幅提升隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的掘进效率,新型破岩技术及其破岩机制逐渐被重视。在不改变现有TBM主体结构的前提下,通过开展3种不同岩性有无预切槽试样在侧向约束条件下的TBM常截面滚刀压头贯入试验,研究预切槽对TBM机械滚刀破岩效果的影响规律,结果表明:(1)预切槽可降低岩样破碎时压头的法向荷载,与不切槽相比,有预切槽的岩样破碎时法向荷载降低44.13%~53.05%,岩石单轴抗压强度越低,法向荷载降低比例越大;(2)预切槽深度对岩样破碎时法向荷载的影响存在临界值,超过临界值后,预切槽深度对岩样破坏行为影响减弱。基于此,提出了预切槽+TBM机械滚刀破岩的新型联合破岩模式,并探讨了可实现预切槽的新型破岩技术。联合破岩模式能够突破破岩效率瓶颈,对TBM装备升级和重大工程项目建设具有重要意义。 展开更多
关键词 预切槽 TBM机械滚刀 破岩模式 破岩技术 联合破岩
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钻头切削齿破碎岩石的温度变化试验及机理分析 被引量：8
2
作者 周琴 张在兴 +2 位作者 张凯 郑国敬 何录忠 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期102-110,共9页
钻头切削齿是破碎岩石的核心部分,在破岩过程中做的绝大部分功会转换成切削热,导致切削齿温度升高,目前对切削齿温度的影响研究成果主要集中在切削深度、切削速度及切削齿结构方面,但对于岩石特性对切削温度影响程度和机理的认识尚不明... 钻头切削齿是破碎岩石的核心部分,在破岩过程中做的绝大部分功会转换成切削热,导致切削齿温度升高,目前对切削齿温度的影响研究成果主要集中在切削深度、切削速度及切削齿结构方面,但对于岩石特性对切削温度影响程度和机理的认识尚不明晰。为此,在自制的MDES 2000微钻平台上,开展了砂岩、大理岩、花岗岩以及玄武岩等4种典型岩石的钻进试验,基于岩石破碎力学模型和数值分析结果,探讨了岩石特性对切削温度的影响程度并进行机理分析。研究结果表明:①在相同的钻进参数下,岩石强度直接影响不同岩石钻进深度,导致岩石破碎模式(塑性、脆性)的转变,从而造成不同岩石切削温度的波动差异,砂岩、大理岩发生塑性破碎,温度波动范围约为±0.5℃,而花岗岩、玄武岩则发生脆性破碎,切削齿温度波动范围约为±1.5℃;②岩石强度是影响切削温度温升速率变化的重要因素,强度越大所需切削力越大,产生切削热增加,导致4种不同岩石钻进时温升速率随岩石强度的增加而逐次递增;③岩石破碎力学模型和前、后刀面温度分析结果表明,切削齿前刀面起主要的切削作用,是造成不同岩石的切削温度波动程度的主要因素。结论认为,钻进试验与数值模拟所得到的温度变化趋势基本吻合,该成果可以为钻头切削齿工作寿命研究提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 岩石特性 钻进试验 破岩机理 温升速率 温度波动 力学模型 破碎模式 数值分析
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不同地质工况条件下TBM刀具破岩模式研究 被引量：8
3
作者 张魁 夏毅敏 +3 位作者 朱宗铭 兰浩 林赉贶 暨智勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1240-1245,共6页
为了提高TBM刀具在不同地质工况下的适应能力以及破岩效率,针对岩土介质在刀具载荷作用下呈现的复杂应力场,考虑岩土介质的裂隙、节理及围压的耦合作用,基于离散元法,依次建立了单一特定地层下单刀切割含倾斜节理岩石、双刀切割节理不... 为了提高TBM刀具在不同地质工况下的适应能力以及破岩效率,针对岩土介质在刀具载荷作用下呈现的复杂应力场,考虑岩土介质的裂隙、节理及围压的耦合作用,基于离散元法,依次建立了单一特定地层下单刀切割含倾斜节理岩石、双刀切割节理不发育岩石以及含水平节理岩石的2D离散单元模型,观察到岩石在不同围压、节理参数、刀间距和切割顺序下微裂纹的演化过程,并根据裂纹扩展方向和破碎块的形成规则的不同,归纳出TBM刀具切割岩土时12种不同典型破碎形式,最终获得了破碎模式与具体工况的对应关系。通过分析比较可知,大部分破碎形态与文献试验观察到的宏观破碎现象具有良好的一致性。 展开更多
关键词 TBM刀具 破岩模式 裂纹扩展 工况 围压
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考虑破岩模式的TBM滚刀破岩力计算模型 被引量：3
4
作者 曹久磊 俞缙 +3 位作者 张竹清 冯学卫 常方强 蔡燕燕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3300-3311,共12页
滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主... 滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主要发生压拉破坏,非协同破岩时主要发生压剪破坏,基于此提出了一种新的刀具荷载计算方法;建立单滚刀及双滚刀线性破岩三维离散元模型,统计不同贯入度下的侧向裂纹扩展长度,以此为基础计算各刀间距和贯入度组合下的理论破岩模式,并通过分析各工况下岩石内部裂纹交汇及其水平应力分布情况,验证了破岩模式划分理论的正确性;以岩石内部裂纹分布特征为基础,提出了协同和非协同破岩模式下破碎岩片体积的计算方法,利用指数函数对岩渣破碎厚度比和刀间距之间的关系进行拟合,定义了协同系数β,并结合新破岩力公式推导出了比能耗表达式。研究发现:由新破岩力模型计算得到的垂直力和滚动力相较于实测值的误差分别为7.3%和11.0%,其相比于CSM和线性计算模型的误差较小;岩石破碎区域取决于破岩模式,协同模式下的破碎区域主要为滚刀之间,非协同模式下为刀刃下方及其两侧;随刀间距增大,岩石内高应力区逐渐分离并出现上移现象且面积下降,最优贯入度增大而最小比能耗值减小,当贯入度增大时,比能耗值先减小后增大,同时比能耗曲线变化趋势和相关破岩试验结果具有一致性。 展开更多
关键词 破岩力计算模型 破岩模式 比能耗 颗粒离散元 盘形滚刀
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碟盘刀具截割姿态倾角与破岩模式特征
5
作者 刘春生 程硕 +3 位作者 刘延婷 徐鹏 刘若涵 郝鑫 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1183-1198,共16页
刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩... 刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩石破坏准则的基础上,根据Mohr-Coulomb准则给出了岩石拉剪耦合破坏条件,扩展延伸成三段式线性岩石破坏全域准则(拉破坏、拉剪耦合破坏、剪破坏、压剪耦合破坏和压破坏),给出了不同破岩模式下刀具楔面挤压应力的数学描述,基于楔面作用的最小能量原则提出了破岩模式识辨方法,构建了刀具倾斜姿态截割岩石的载荷模型,并通过数值模拟和实验分析了不同截割姿态倾角下刀具载荷特性和岩石破碎特征(岩石块率分布和粉尘粒度分布)与破岩模式之间的关联特性。结果表明:碟盘刀具楔面能耗表征值与姿态倾角呈正比,破岩模式由拉剪耦合破坏向压剪耦合破坏转变;振动截割时刀具楔面能耗表征值明显小于无振动截割,且多以拉剪耦合破坏为主,而无振动截割时拉剪、压剪耦合破坏近似等比存在;当轴向速度楔面分量大于进给速度楔面分量时,摩擦力转变为破岩助力,楔面能耗明显下降;碟盘刀具破碎岩石宏观形态呈大块月牙状,岩粉细观形态呈类多面体和类球状,刀具姿态倾角与岩石碎片量呈反比,与岩粉量呈正比(类球状粉尘减少、类多面体粉尘增加),表明姿态倾角增大,刀具齿刃碾挤压作用减弱,楔面挤压产生粉尘能耗增加,与破岩模式识辨过程中截割姿态对楔面能耗的影响规律相一致;碟盘刀具径向载荷与姿态倾角呈下凹规律,理论和模拟与实验径向载荷规律具有一致性,其平均误差分别为8.46%和9.55%,验证了碟盘刀具破岩模式识辨方法、倾斜姿态截割岩石的载荷模型和数值模拟的合理性。 展开更多
关键词 碟盘刀具 截割姿态 破岩模式 应力耦合破坏 破碎特征
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某公路隧道围岩稳定性及支护方式分析 被引量：4
6
作者 段林娣 宋成辉 成国文 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第12期122-127,共6页
跟踪某隧道施工,进行地质素描和节理统计,通过赤平投影分析节理发育分布规律,建立岩体结构模型;根据隧道围岩结构模型,运用离散元分析方法计算围岩稳定性,并结合现场塌方分析围岩破坏模式。通过离散元分析及时支护和无支护情况下围岩稳... 跟踪某隧道施工,进行地质素描和节理统计,通过赤平投影分析节理发育分布规律,建立岩体结构模型;根据隧道围岩结构模型,运用离散元分析方法计算围岩稳定性,并结合现场塌方分析围岩破坏模式。通过离散元分析及时支护和无支护情况下围岩稳定性,探讨钢格栅锚杆组合进行初次支护的力学机理;根据现场钢格栅承受压力和隧道收敛监测,分析某隧道施工中围岩和支护体系的稳定性,总结出隧道施工中安全事故的主要原因,并给出合理的支护建议。 展开更多
关键词 隧道 围岩 破坏模式 钢格栅 支护
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贵州红层地区危岩带变形破坏机制及防治研究 被引量：1
7
作者 解超 丁坚平 《贵州科学》 2015年第2期48-51,共4页
危岩体(崩塌)是贵州红层地区具有典型的代表性的地质灾害。本文以元厚镇危岩带为例,深入分析元厚镇危岩带的破坏特征及形成机制。将红层地区危岩带的变形破坏机制概括为3个阶段,总结贵州红层地区危岩带破坏特点,并提出了有针对性的综合... 危岩体(崩塌)是贵州红层地区具有典型的代表性的地质灾害。本文以元厚镇危岩带为例,深入分析元厚镇危岩带的破坏特征及形成机制。将红层地区危岩带的变形破坏机制概括为3个阶段,总结贵州红层地区危岩带破坏特点,并提出了有针对性的综合治理措施。 展开更多
关键词 危岩 红层 变形机制 破坏模式 危害防治
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刨刀刨削煤岩特性数值模拟研究 被引量：7
8
作者 郭辰光 李源 +1 位作者 胡迪 张利民 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第2期141-145,共5页
为了探索薄煤层刨煤机刨刀刨削煤岩的破碎过程及其力学特性,基于有限元数值仿真分析方法分析煤岩截割过程的显示动力特性。依据煤岩三向应力测试试验,构建出基于Drucker Prager准则的煤岩本构模型。以煤岩刨削截深、煤岩刨削速度、刨刀... 为了探索薄煤层刨煤机刨刀刨削煤岩的破碎过程及其力学特性,基于有限元数值仿真分析方法分析煤岩截割过程的显示动力特性。依据煤岩三向应力测试试验,构建出基于Drucker Prager准则的煤岩本构模型。以煤岩刨削截深、煤岩刨削速度、刨刀前角为水平因素设计单因素仿真分析试验,实现煤岩破碎形态与刨刀煤岩截割力的研究。研究结果表明:煤屑块度与煤岩刨削截深有关,随着截深的增大,块度增大;随着刨削速度的增加,煤屑的块度变化趋势不明显,煤岩在α=30°刨刀作用下,截割剥离煤屑块度较大;刨刀煤岩截割负载随着截深的增大而增大;随着转速与截割深度的增加,前角为30°的刨刀负载呈线性上升趋势。 展开更多
关键词 刨削煤岩 刨煤机 破碎形态 截割力
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隧道凿岩台车破岩震源三臂混合先导信号盲源分离方法与工程应用 被引量：3
9
作者 石少帅 曹天宇 +4 位作者 许新骥 田四明 郭伟东 孙昊政 李咸森 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1124-1139,共16页
针对凿岩台车三臂破岩震动信号相互混叠、彼此干扰的实际问题,提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)、奇异值分解(SVD)和鲁棒独立成分分析(RobustICA)的隧道凿岩台车破岩震源三臂混合先导信号盲源分离方法.通过仿真模拟,采用EEMD-SVD联... 针对凿岩台车三臂破岩震动信号相互混叠、彼此干扰的实际问题,提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)、奇异值分解(SVD)和鲁棒独立成分分析(RobustICA)的隧道凿岩台车破岩震源三臂混合先导信号盲源分离方法.通过仿真模拟,采用EEMD-SVD联合降噪方法对含噪混合先导信号进行分解、去噪与重构,实现强噪声影响下凿岩台车混合先导信号的提取,有效解决了信噪频谱混叠问题.经过降噪预处理,RobustICA对于凿岩台车混合先导信号的分离效果得到了有效提升.依托实际工程对该方法进行评价,结果表明,采用本文提出的盲源分离方法,地震记录中直达波与反射波同相轴较为清晰,预报结果与实际开挖情况大体吻合,初步验证了该方法的可行性与有效性. 展开更多
关键词 凿岩台车 破岩震源 混合先导信号 盲源分离 集合经验模态分解 奇异值分解 鲁棒独立成分分析 超前地质预报
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双模式TBM刀具破岩试验台有限元仿真分析 被引量：1
10
作者 张斌荣 管会生 +1 位作者 赵昌盛 王默 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第A01期290-295,共6页
为获得双模式TBM刀具破岩试验台的振动特性,并以此对试验台的结构进行优化,采用ANSYS Workbench仿真软件,通过对预应力下的模态分析完成对试验台在工作状态下的数值模拟分析,得到试验台前8阶固有频率和振型,以体现其结构特性;然后使用... 为获得双模式TBM刀具破岩试验台的振动特性,并以此对试验台的结构进行优化,采用ANSYS Workbench仿真软件,通过对预应力下的模态分析完成对试验台在工作状态下的数值模拟分析,得到试验台前8阶固有频率和振型,以体现其结构特性;然后使用模态叠加法对试验台进行谐响应分析,得到位移-频率响应图和应力-频率响应图。研究结果表明:试验台的最大响应频率为145.47Hz,能够验证试验台结构的抗振性能,并为试验台的下一步结构优化提供依据。 展开更多
关键词 TBM 刀具破岩 双模式试验台 动态特性 数值模拟 ANSYS
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