贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

摘要

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性-损伤-断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50°~90°区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90°降低到50°时,岩体由张拉-拉剪破裂向剪切-拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75°~90°的第Ⅰ类截齿与小于55°的第Ⅲ类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55°~75°的第Ⅱ类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第Ⅱ类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。