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TBM滚刀破岩过程影响因素数值模拟研究 被引量:84
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作者 孙金山 陈明 +2 位作者 陈保国 卢文波 周传波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1891-1897,共7页
全断面岩石掘进机(TBM)的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成... 全断面岩石掘进机(TBM)的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成较大岩碴;强度较高的岩石中滚刀的侧向挤压促使形成块度较小的片状岩碴;双刃滚刀作用下岩石表面受到强烈挤压后出现较大的拉应力,使岩石更易破碎,且仅在强度较高的岩石中才易形成透镜状岩碴。滚刀破岩过程中存在能耗最小的最佳间距,该最佳间距随着岩石强度的增大而减小。滚刀破岩过程中,结构面对裂纹扩展具有显著的控制性作用,并阻隔损伤向结构面下的岩石中渗透;随着结构面与滚刀侵入方向夹角的减小,结构面将引导裂纹向岩石深部扩展,而当夹角较大时,结构面则会引导裂纹横向扩展,易导致大块岩碴的形成。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 滚刀 破岩 颗粒流法 数值模拟
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基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究 被引量:41
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作者 莫振泽 李海波 +4 位作者 周青春 何恩光 邹飞 朱小明 赵羽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1196-1202,1209,共8页
现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的... 现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°~60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩机制 UDEC 数值仿真
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基于模糊数学的TBM施工岩体质量分级研究 被引量:28
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作者 祁生文 伍法权 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1225-1229,共5页
根据隧道掘进机(TBM)施工进度将围岩分为施工条件好、施工条件较好、施工条件较差和施工条件差4个等级。利用模糊数学方法,采用岩石单轴抗压强度UCS和岩体完整性指标KV,分别建立UCS和KV关于TBM施工岩体质量4级分级的隶属度函数。采用单... 根据隧道掘进机(TBM)施工进度将围岩分为施工条件好、施工条件较好、施工条件较差和施工条件差4个等级。利用模糊数学方法,采用岩石单轴抗压强度UCS和岩体完整性指标KV,分别建立UCS和KV关于TBM施工岩体质量4级分级的隶属度函数。采用单极性S形函数,分别构建UCS和KV的权重函数。这样,基于模糊数学的最大隶属度准则,就可以对TBM施工的岩体质量进行分级。同时,给出3个施工实例,演算表明,预测的结果与TBM施工实际相吻合,表明该分级方法简单而实用,具有很好的应用前景。 展开更多
关键词 隧道工程 隧道掘进机(TBM) 围岩分级 模糊数学法
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我国交通隧道工程及施工技术进展 被引量:20
4
作者 习仲伟 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期141-146,共6页
对我国隧道工程及施工技术现状、取得的成就及发展趋势进行了分析,介绍了21世纪初将要建设的特长和特殊隧道工程,分析了隧道工程的特点,指出要完成必须具备的基本条件.采用"新奥法"原则的矿山法需要提高开挖成洞速度,降低工... 对我国隧道工程及施工技术现状、取得的成就及发展趋势进行了分析,介绍了21世纪初将要建设的特长和特殊隧道工程,分析了隧道工程的特点,指出要完成必须具备的基本条件.采用"新奥法"原则的矿山法需要提高开挖成洞速度,降低工程成本,改善施工作业环境条件和安全技术.隧道掘进机和盾构施工方法具有施工速度快、隧道成型好、机械化强度以及周边环境影响小等显著优点,将是新世纪广泛采用的一项新技术.沉管隧道在我国也将逐渐得到应用. 展开更多
关键词 隧道工程 矿山法 隧道掘进机 盾构隧道 沉管隧道
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三维地震波法超前地质预报在引汉济渭工程TBM施工中的应用 被引量:18
5
作者 李玉波 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2017年第8期131-136,共6页
秦岭隧洞横穿秦岭底部,工程地质条件极其复杂多变,具有大埋深、高应力、高水压、大流量的突出特点,修建过程将会遇到大塌方、岩爆、突涌水、大埋深条件下的软弱围岩大变形等多种特殊地质问题,准确预报施工前方的不良地质体,采取有效的... 秦岭隧洞横穿秦岭底部,工程地质条件极其复杂多变,具有大埋深、高应力、高水压、大流量的突出特点,修建过程将会遇到大塌方、岩爆、突涌水、大埋深条件下的软弱围岩大变形等多种特殊地质问题,准确预报施工前方的不良地质体,采取有效的防治对策,对保证工程的顺利实施及施工人员、设备的安全至关重要。TBM因其空间狭窄、设备仪器耐用性差、电磁干扰等因素限制,常规的超前地质预报方法无法适用于其施工段的地质预报工作,在引汉济渭工程隧洞工程中引入三维地震波法进行了两次探索与尝试。研究结果表明,三维地震波法对隧洞前方不良地质体预报预测有较好的正相关响应,是适用于TBM施工的超前地质预报的高效手段之一。该技术在引汉济渭工程秦岭隧道TBM岭北施工段掘进中预报了前方地质信息、动态评价围岩质量,尤其为K51+597.6位置TBM卡机脱困方案的制定及时准确地提供了前方地质情况,对TBM施工段的超前地质预报具一定参考价值。 展开更多
关键词 秦岭隧洞 引汉济渭工程 TBM 三维地震波法 超前地质预报
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基于多个隧道掘进机工程数据回归分析的滚刀磨损评价方法 被引量:12
6
作者 杨延栋 孙振川 +1 位作者 张兵 闫长斌 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1370-1376,共7页
为了评价不同隧道工程围岩对隧道掘进机(TBM)滚刀磨损的影响,解决滚刀磨耗难以准确预测的问题,基于北疆供水二期、吉林引松供水、陕西引汉济渭、大瑞铁路高黎贡山、深圳地铁10号线等多个隧道(洞)工程TMB滚刀磨损数据,选取岩石单轴抗压... 为了评价不同隧道工程围岩对隧道掘进机(TBM)滚刀磨损的影响,解决滚刀磨耗难以准确预测的问题,基于北疆供水二期、吉林引松供水、陕西引汉济渭、大瑞铁路高黎贡山、深圳地铁10号线等多个隧道(洞)工程TMB滚刀磨损数据,选取岩石单轴抗压强度、岩石等效石英含量、岩石磨蚀性指标、岩体完整性指标、滚刀破岩体积磨损速率等参数进行数据回归分析。结果表明:岩石磨蚀性指标与单轴抗压强度和等效石英含量的乘积成对数函数关系,滚刀破岩体积磨损速率与岩体完整性系数和岩石磨蚀性指标的乘积成指数函数关系,滚刀刀圈寿命与岩体完整性系数和岩石磨蚀性指标的乘积成负指数函数关系。并并在此基础上,建立了岩石磨蚀性和滚刀磨损性的分级评价准则。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀磨损 评价方法 工程数据 回归分析
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对兴建台湾海峡隧道的工程可行性及其若干技术关键的认识 被引量:10
7
作者 孙钧 《隧道建设》 2009年第2期131-144,共14页
从10个方面对兴建台湾海峡隧道的工程可行性进行论述,并阐述对其中若干技术关键的认识和建议。1)从台湾海峡拟议中兴建隧位沿线的地质与地震灾害性条件,看跨海隧道设计施工的工程可行性——试以"北线"方案为例,说明其对隧道... 从10个方面对兴建台湾海峡隧道的工程可行性进行论述,并阐述对其中若干技术关键的认识和建议。1)从台湾海峡拟议中兴建隧位沿线的地质与地震灾害性条件,看跨海隧道设计施工的工程可行性——试以"北线"方案为例,说明其对隧道施工与日后运营的影响;2)海底隧道设计施工的特点和问题:对地质勘察、隧道最小埋置深度、隧道内交通运输工具的选择、关于服务隧道和海底渡线室等的设置、工程的安全设计与安全作业等提出意见和建议;3)隧道不良地质区段施工水情水患的预测与防治:对隧道场址的水文地质条件的认识与评价;对防塌治水的基本原则,难以预见的施工风险及施工整治处理要点进行了阐述;4)隧道围岩防塌险情预警、变形预测与控制——围岩施工稳定性评价:提出用"变形速率比值判别法"对围岩的施工稳定性进行评价,在施工期采用BMP软件对隧道衬护原设计参数进行调整和修正;5)隧道掘进机(TBM)与钻爆法施工方案的比选——隧道施工机械现代化:提出用TBM与钻爆法配合的海峡隧道施工方案,同时指出当隧道部分地段需改用钻爆法开挖时,隧道的主要施工机械及监测仪具应现代化(如自动化喷混凝土机器人、自动化量测及监测反馈系统等);6)耐腐蚀高性能海工混凝土材料和隧道支衬结构:指明采用常规材料配制高性能海工混凝土,增强其耐久性的基本途径;给出不良地质区段岩体的隧道开挖、支护、施工排水和限压衬砌设计施工的建议;7)特长大隧道的运营期通风问题——暂按铁路隧道并以英法海峡隧道为例作考虑:阐述海峡隧道的空气动力学问题,介绍英法海底隧道的通风系统原理及结构布置措施;8)隧道防灾与减灾:建议学习参考西方一些国家和日本在隧道防灾方面的设计理念;9)海底隧道施工风险评估与风险管理:提出该隧道的主要技术风险类� 展开更多
关键词 台湾海峡隧道 海底隧道 工程可行性 技术关键 设计 施工 防塌 水患 隧道掘进机(TBM) 钻爆法 通风 防灾 风险
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基于Bootstrap-SVR-ANN算法的TBM施工速度预测 被引量:12
8
作者 闫长斌 汪鹤健 +2 位作者 周建军 杨风威 彭万军 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1078-1087,F0002,共11页
合理评价预测施工速度关乎隧道TBM施工的成败与效益。现有的TBM施工速度预测模型多利用岩体参数和掘进参数预测瞬时/平均施工速度,对掘进过程中的不确定性和施工风险考虑不足。基于此,引入区间预测方法,提出一种基于Bootstrap-SVR-ANN... 合理评价预测施工速度关乎隧道TBM施工的成败与效益。现有的TBM施工速度预测模型多利用岩体参数和掘进参数预测瞬时/平均施工速度,对掘进过程中的不确定性和施工风险考虑不足。基于此,引入区间预测方法,提出一种基于Bootstrap-SVR-ANN算法的TBM施工速度预测模型。以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为工程依托,分析了单一性输入参数的不足,指出了选择岩体质量分级指标(RMR)、TBM工作条件等级(TWCR)两个综合性参数的合理性,并对构建的TBM施工速度区间预测模型的有效性进行了验证。研究表明,TBM施工速度区间预测模型不但具有良好的点预测效果,而且预测区间可将TBM施工速度的实测值完全包络,模型可靠性较高;模型测试集在90%,95%置信水平下的MPIW分别为9.84,11.73 m/d,随着置信水平的提高,预测区间可容纳的不确定性也不断上升;TBM掘进过程中可能的风险性与区间宽度的异常相互印证,验证了区间预测模型可以定量解释施工过程中不确定性的特点。研究成果可为TBM掘进效能预测、施工工期估算和掘进参数优化等提供科学参考。 展开更多
关键词 隧道掘进机(TBM) 施工速度 区间预测 BOOTSTRAP方法 支持向量回归 神经网络
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层状粉砂质泥岩地层TBM隧道围岩稳定性与支护方法研究 被引量:11
9
作者 方星桦 姚捷 +3 位作者 徐震 李晓伟 夏毅敏 阳军生 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第S02期320-328,共9页
乐西高速大凉山1号隧道平导TBM施工至层状粉砂质泥岩地层时,洞壁围岩松动掉块现象显著,围岩存在较大变形。为探明层状粉砂质泥岩地层TBM施工围岩破坏特征,探讨合适的支护方法,结合现场观测和数值模拟方法研究该地层TBM掘进中围岩破坏过... 乐西高速大凉山1号隧道平导TBM施工至层状粉砂质泥岩地层时,洞壁围岩松动掉块现象显著,围岩存在较大变形。为探明层状粉砂质泥岩地层TBM施工围岩破坏特征,探讨合适的支护方法,结合现场观测和数值模拟方法研究该地层TBM掘进中围岩破坏过程和围岩稳定性影响因素,并在此基础上开展TBM支护方法研究。结果表明:1)当围岩露出护盾后变形量值与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的支护结构无法较好地控制围岩变形和塑性区发展,锚杆、钢拱架支护区域是TBM施工洞壁围岩破坏的关键区域;2)该地层围岩稳定性主要受到围岩层状结构、高地应力和TBM独特的支护方式综合影响。支护优化数值模拟结果表明,在增加锚杆长度、改变喷射混凝土支护方式(分为初喷和复喷)后,围岩变形和塑性区得到控制,围岩破坏模式得到改善,在一定程度上提高了围岩稳定性,采用该方法后现场施工效果良好。 展开更多
关键词 层状粉砂质泥岩 隧道 敞开式TBM 围岩破坏特征 围岩稳定性 支护方法
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Numerical and experimental investigation of rock breaking method under free surface by TBM disc cutter 被引量:11
10
作者 ZHANG Xu-hui XIA Yi-min +2 位作者 ZENG Gui-ying TAN Qing GUO Ben 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2107-2118,共12页
To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under th... To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under the free surface was studied including stressed zone,crush zone,crack initiation and propagation.Then the crack propagation conditions,specific energy,etc.under different free surface distance(S)were also investigated combined with linear cutting experiments.The results show that the rock breaking process under the free surface induced by disc cutter is dominated by tension failure mode.There exists a critical S to promote crack propagation to free surface effectively.And this rock breaking method can improve the rock breaking force and breaking efficiency significantly when proper. 展开更多
关键词 free surface tunnel boring machine disc cutter rock breaking method
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大断层区隧洞TBM施工超前注浆加固计算 被引量:8
11
作者 佘成学 卢薇 黄祥志 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期36-40,共5页
利用三维有限元方法,计算研究大型断层区超前注浆加固后在TBM开挖过程中隧洞变形稳定情况.通过一系列算例计算,分别考察了隧洞埋深、注浆加固环力学特性和厚度、断层材料的力学特性等对隧洞变形稳定的影响情况,从而加深了对大断层区注... 利用三维有限元方法,计算研究大型断层区超前注浆加固后在TBM开挖过程中隧洞变形稳定情况.通过一系列算例计算,分别考察了隧洞埋深、注浆加固环力学特性和厚度、断层材料的力学特性等对隧洞变形稳定的影响情况,从而加深了对大断层区注浆加固规律性的认识,得出的结论可用于指导大断层区隧洞TBM施工超前注浆加固工作以及今后的研究工作. 展开更多
关键词 TBM 超前注浆 有限元
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Geological adaptability matching design of disc cutter using multicriteria decision making approaches 被引量:9
12
作者 XIA Yi-min LIN Lai-kuang +3 位作者 WU Dun JIA Lian-hui CHEN Zhuo BIAN Zhang-kuo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期843-854,共12页
Geological adaptability matching design of a disc cutter is the prerequisite of cutter head design for tunnel boring machines(TBMs)and plays an important role in improving the tunneling efficiency of TBMs.The main pur... Geological adaptability matching design of a disc cutter is the prerequisite of cutter head design for tunnel boring machines(TBMs)and plays an important role in improving the tunneling efficiency of TBMs.The main purpose of the cutter matching design is to evaluate the cutter performance and select the appropriate cutter size.In this paper,a novel evaluation method based on multicriteria decision making(MCDM)techniques was developed to help TBM designers in the process of determining the cutter size.The analytic hierarchy process(AHP)and matter element analysis were applied to obtaining the weights of the cutter evaluation criteria,and the fuzzy comprehensive evaluation and technique for order performance by similarity to ideal solution(TOPSIS)approaches were employed to determine the ranking of the cutters.A case application was offered to illustrate and validate the proposed method.The results of the project case demonstrate that this method is reasonable and feasible for disc cutter size selection in cutter head design. 展开更多
关键词 tunnel boring machine(TBM) disc cutter matching design evaluation method multicriteria decision making(MCDM)
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盾构隧道压气作业施工方法 被引量:8
13
作者 郑达 武百良 《广州建筑》 2004年第4期15-17,共3页
本文通过盾构工程实例,介绍了在不稳定或沉降要求较高的地层中,通过对掌子面加入一定的气压,实现更换刀具的方法。
关键词 隧道 盾构机 气压 方法 盾构隧道 施工方法 作业 压气 工程实例 不稳定
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不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析 被引量:8
14
作者 杨开新 蒋明镜 +1 位作者 陈有亮 廖优斌 《水资源与水工程学报》 CSCD 2019年第2期198-204,211,共8页
为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以... 为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段及残余跃进阶段;胶结破坏类型主要呈拉剪破坏与压剪破坏两种;滚刀破岩过程中受到的阻力可以用峰值法向推力表示,阻力大小取决于岩性,破岩阻力随着岩石单轴抗压强度的增大而增大;通过胶结破岩比能耗来评价破岩效率,对于坚硬岩,三滚刀破岩效率最高,对于强度较低的岩石,采用单滚刀破岩效率更高。 展开更多
关键词 岩石 岩石掘进机(TBM) 岩性 滚刀刃数 破岩效率 离散单元法
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全断面隧道掘进机破岩机理离散元分析 被引量:8
15
作者 蒋明镜 孙亚 +1 位作者 王华宁 袁聚云 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1038-1044,共7页
将基于微观胶结试验得到的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟滚刀破岩过程并重点分析滚刀破岩各阶段的宏微观机理.结果表明:滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;破岩过程中... 将基于微观胶结试验得到的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟滚刀破岩过程并重点分析滚刀破岩各阶段的宏微观机理.结果表明:滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;破岩过程中的胶结破坏主要分为拉破坏和剪扭破坏2种类型,其中,中裂纹主要由拉剪扭复合破坏引起,斜裂纹主要由拉破坏引起,证实了张拉破坏理论.加载阶段是滚刀破岩的必经阶段,卸载阶段是滚刀破岩的关键阶段,有效利用卸载阶段破碎特性可以提高破岩效率. 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机(TBM) 破岩机理 离散元模拟
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隧洞掘进机在引大入秦工程中的应用 被引量:4
16
作者 薛继洪 《四川水力发电》 1998年第3期4-9,共6页
作者介绍了引大入秦工程中隧洞掘进机的主要组成部份,后配套设施,辅助设施以及施工组织情况,并对该掘进机在施工过程中的问题及施工措施的改进作了小结。对在水电站长隧洞施工中引进隧洞掘进机进行快速施工有参考价值。
关键词 双护盾 施工工艺 隧洞掘进机 水工隧洞
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Calculation of maximum surface settlement induced by EPB shield tunnelling and introducing most effective parameter 被引量:6
17
作者 Sayed Rahim Moeinossadat Kaveh Ahangari Kourosh Shahriar 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期3273-3283,共11页
This study aims to predict ground surface settlement due to shallow tunneling and introduce the most affecting parameters on this phenomenon.Based on data collected from Shanghai LRT Line 2 project undertaken by TBM-E... This study aims to predict ground surface settlement due to shallow tunneling and introduce the most affecting parameters on this phenomenon.Based on data collected from Shanghai LRT Line 2 project undertaken by TBM-EPB method,this research has considered the tunnel's geometric,strength,and operational factors as the dependent variables.At first,multiple regression(MR) method was used to propose equations based on various parameters.The results indicated the dependency of surface settlement on many parameters so that the interactions among different parameters make it impossible to use MR method as it leads to equations of poor accuracy.As such,adaptive neuro-fuzzy inference system(ANFIS),was used to evaluate its capabilities in terms of predicting surface settlement.Among generated ANFIS models,the model with all input parameters considered produced the best prediction,so as its associated R^2 in the test phase was obtained to be 0.957.The equations and models in which operational factors were taken into consideration gave better prediction results indicating larger relative effect of such factors.For sensitivity analysis of ANFIS model,cosine amplitude method(CAM) was employed; among other dependent variables,fill factor of grouting(n) and grouting pressure(P) were identified as the most affecting parameters. 展开更多
关键词 surface settlement shallow tunnel tunnel boring machine (TBM) multiple regression (MR) adaptive neuro-fuzzyinference system (ANFIS) cosine amplitude method (CAM)
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基于FEM-SPH耦合的TBM滚刀切削仿真与试验研究 被引量:6
18
作者 耿麒 张俊杰 +3 位作者 汪珂 路宇峰 谢立扬 叶敏 《山东大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期93-102,共10页
针对现有隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀切削过程有限元仿真难以复现密实核传力演化机制所致的“刀下超破、刀间欠破”问题,采用有限元方法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics... 针对现有隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀切削过程有限元仿真难以复现密实核传力演化机制所致的“刀下超破、刀间欠破”问题,采用有限元方法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)相耦合的数值方法构建TBM双滚刀顺次回转切削的三维仿真模型,选用基于Rankine拉伸截断的摩尔-库伦(Mohr-Coulomb,M-C)弹塑性本构模型,通过模拟单轴压缩和巴西劈裂试验中试样损伤失效过程确立SPH粒子临界转化阈值,开展全尺度TBM刀盘掘进试验以验证所建仿真模型。进行多组仿真研究刀间距对切削效果、法向力、滚动力、比能的影响规律。仿真结果表明:所建仿真模型可直观复现密实核演化、侧向裂纹联通和刀间碴块飞溅等宏观物理现象;仿真与试验的滚刀平均法向力、滚动力相对误差分别为2.2%和11%,验证了仿真模型的可靠性;当刀间距在60~110 mm变化时,切削比能随刀间距增大呈先减小后增大的趋势,最优刀间距为90 mm。本研究所建仿真模型和所得研究结果可为TBM滚刀破岩研究提供新思路。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀切削 有限元方法 光滑粒子流体动力学 刀间距
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刀具破岩机制研究现状及发展趋势 被引量:6
19
作者 梁正召 王岩 +1 位作者 廖志毅 杨岳峰 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2014年第2期85-94,共10页
在分析大量文献的基础上,从理论模型、物理试验和数值模拟三个方面,对近些年国内外刀具破岩规律研究进展情况进行归纳和总结,并对各种研究方法的适用性、优缺点进行了评述,侧重论述了数值模拟研究进展,探讨了当前研究热点问题,包括节理... 在分析大量文献的基础上,从理论模型、物理试验和数值模拟三个方面,对近些年国内外刀具破岩规律研究进展情况进行归纳和总结,并对各种研究方法的适用性、优缺点进行了评述,侧重论述了数值模拟研究进展,探讨了当前研究热点问题,包括节理岩体中的破岩规律、开裂准则、动力破岩和三维数值模拟研究等。总体来看,有关刀具破岩机理的研究取得了长足进展,尤其是数值计算从不同层次上揭示了刀具破岩机制,包括滚刀作用下岩石裂纹扩展规律、滚刀与岩石的相互作用力学模型、材料力学参数、滚刀作用方式、围岩地应力以及刀具几何参数等因素对破岩效率的影响,数值计算方法极大地促进了刀具破岩规律的深入研究;最后总结了当前刀具破岩受力模型、动态加载与三维模拟等面临的挑战问题。 展开更多
关键词 刀具破岩 岩石掘进机 动态破岩 数值计算方法 三维模型 综述
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全断面隧道掘进机滚刀破岩尺寸效应离散元分析 被引量:6
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作者 袁聚云 蒋明镜 +1 位作者 廖优斌 孙亚 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1437-1445,共9页
为了给室内模型试验或数值模拟试验提供直接的指导及实际工程间接的参考,将基于微观胶结试验得到的合理的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟了不同试样尺寸滚刀破岩过程并分析了各因素对滚刀破岩过程的影响.结果表明,不同试样尺寸滚... 为了给室内模型试验或数值模拟试验提供直接的指导及实际工程间接的参考,将基于微观胶结试验得到的合理的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟了不同试样尺寸滚刀破岩过程并分析了各因素对滚刀破岩过程的影响.结果表明,不同试样尺寸滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系均可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;室内模型试验中,滚刀刃宽与岩石试样宽度的比值(相对比值)存在一个临界值,当试验中选取的相对比值小于该临界值时,可以减小试验过程中的边界效应. 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机(TBM) 尺寸效应 离散元模拟
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