TBM施工隧道岩石耐磨性的相关性研究及数值模拟

摘要

随着世界交通和供水的需求、设计理论的发展以及施工方法的不断进步,国内外修建隧道的长度、数量都在不断增加。常规钻爆法自身的缺点与不足,已无法满足隧道建设者们在大长隧道施工中安全、快速、文明的要求,隧道掘进机(TBM)的问世,实现了建设者们的理想,它使隧道施工机械化、标准化、流水作业化,给全社会带来了巨大的时间效益和经济效益。随着TBM在隧道施工中广泛应用后,相应的问题也显现出来。很多工程中TBM并没有取得令人满意的经济效益,究其原因,主要是刀具磨损过快,更换次数频繁,导致施工成本增加。引起刀具磨损的原因较多,TBM性能、刀具质量、隧道工程地质条件、掘进速度等都会不同程度引起刀具磨损失效。研究发现,在诸多影响刀具磨损因素中,岩石的耐磨性起着很大的作用,因此,选择岩石耐磨性作为研究内容,笔者认为很有必要。
　　本文首先介绍了TBM施工在国内外发展现状及其相对于常规钻爆法的优点,分析了刀具和岩石相互摩擦磨损的内在机理;从TBM施工现场采集了具有代表性的15种岩样,利用自制岩石耐磨仪对岩样耐磨值进行测定;对岩石常用的7个参数进行室内测定,并计算所测参数与岩石耐磨值的相关系数,分析它们的内在联系和规律;最后用有限元软件ABAQUS模拟岩石耐磨值测定过程,获得试验过程中岩样与钻头相互作用时应力的变化,并将其与岩石耐磨值建立了一定的关系。论文通过室内试验和数值模拟相结合,得到岩石耐磨性的主要影响因素,为日后刀具参数设计及TBM在不同地质条件下施工方法的确定上提供参考依据。

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1 绪论

1.1 本课题研究的背景和意义

1.2 国内外岩石耐磨性研究现状

1.3 本文研究的主要内容与研究思路

2“引汉济渭”工程简介及刀具与岩石摩擦磨损机理浅析

2.1“引汉济渭”工程简介

2.2秦岭隧道工程地质条件简介

2.3 隧洞主要的工程地质问题分析

2.4刀具与岩石摩擦磨损机理浅析

3 TBM破岩机理分析与岩石耐磨试验设计

3.1 TBM破岩机理分析

3.2 岩石耐磨实验

3.3 岩石耐磨性测试结果

4 岩石耐磨性与其基本物理力学性质相关性研究

4.1 岩石基本性质测定

4.2岩石耐磨性与其基本性质的相关性研究

4.3岩石单轴抗压强度σc的代表性

4.4 本章小结

5 岩石耐磨试验的有限元分析

5.1 有限元分析原理

5.2 有限元分析软件

5.3 模型建立与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士学位期间参与发表的论文