基于MatDEM的盾构滚刀破岩离散元建模与数值模拟

摘要

滚刀与岩体间的相互作用是TBM技术的核心,数值模拟是研究这一过程的重要手段.基于岩土体离散元软件MatDEM进行二次开发,构建包含50.2万单元的软硬互层岩层模型和盾构滚刀模型,对滚刀破岩过程进行模拟计算,记录并分析模拟中边界及滚刀受力、颗粒连接、能量转化、热量分布等信息.结果 表明:硬质岩层内边界及滚刀受力变化明显,刀盘垂向及层面垂向单元受力较大;软质岩层内边界及滚刀受力较小,滚刀受力均匀;硬质岩层内颗粒连接断裂数较软质岩层少,岩体切削量也较小;硬质岩层内系统能量变幅较大,系统能量主要以摩擦热形式存在.MatDEM有效地模拟了滚刀破岩过程,通过修改滚刀形态和岩石性质等,本算例可用于各类工况滚刀破岩研究中,为大规模滚刀破岩数值模拟提供一个新的途径.