基于數(shù)值仿真技術(shù)的盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)載荷與結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、刀盤系統(tǒng)是盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)備的關(guān)鍵部件，刀盤的工作性能將直接影響工程掘進(jìn)效率和施工安全性。由于當(dāng)前地下隧道施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)界面隱蔽，無(wú)法直接觀測(cè)刀盤系統(tǒng)載荷信息，相關(guān)的試驗(yàn)和理論分析分別受到模型規(guī)模較小和簡(jiǎn)化過(guò)多的限制在獲取正常掘進(jìn)狀態(tài)的刀盤結(jié)構(gòu)力學(xué)特性以及刀盤動(dòng)態(tài)掘進(jìn)載荷分布方面存在一些困難。當(dāng)前有限元技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)值模擬成為工程結(jié)構(gòu)可靠性分析的重要工具之一，也是研究刀盤問(wèn)題的一種有效方法。
　　針對(duì)當(dāng)前盾構(gòu)刀盤載荷分析和刀盤可

2、靠性設(shè)計(jì)缺少必要的研究方法的現(xiàn)象，本文通過(guò)研究有限元相關(guān)技術(shù)提出了一種基于數(shù)值方法的盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)全物理過(guò)程仿真模型，從切削角度出發(fā)，將隧道掘進(jìn)過(guò)程視為刀盤系統(tǒng)與土體的相互作用問(wèn)題，采用損傷失效準(zhǔn)則模擬土體切屑分離過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)過(guò)程的直接數(shù)值模擬。同時(shí)通過(guò)分析和提取典型盾構(gòu)刀盤的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征，開發(fā)了一套盾構(gòu)機(jī)刀盤參數(shù)化建模系統(tǒng)，解決了盾構(gòu)刀盤建模過(guò)程耗時(shí)、費(fèi)力、重復(fù)性工作多等問(wèn)題。
　　本文利用刀盤掘進(jìn)全物理過(guò)程仿真模型模

3、擬了盾構(gòu)刀盤連續(xù)掘進(jìn)隧道過(guò)程，對(duì)刀盤動(dòng)態(tài)掘進(jìn)載荷分布和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。根據(jù)刀盤與掌子面土體的相互作用得到了刀盤法向和切向動(dòng)態(tài)切削載荷分布以及掘進(jìn)過(guò)程中刀盤扭矩隨掘進(jìn)時(shí)間的變化規(guī)律，分析了地質(zhì)參數(shù)、施工參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)刀盤掘進(jìn)載荷的影響。對(duì)考慮動(dòng)態(tài)效應(yīng)和面對(duì)脫困載荷情況下的刀盤剛度、強(qiáng)度等力學(xué)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了校驗(yàn)。結(jié)合刀盤系統(tǒng)扭矩構(gòu)成和分布規(guī)律，分析了面對(duì)不同地層的刀盤順應(yīng)性問(wèn)題，證實(shí)了盾構(gòu)扭矩直接相關(guān)的諸多因素中隧道埋深和土體的粘