围压条件下不同脆性岩石滚刀侵入破岩机制研究

摘要

在TBM(全断面隧道掘进机)掘进过程中,岩石性质和围压是影响滚刀破岩机制的重要因素,因此研究这两种因素共同作用下的侵入破岩规律对于TBM选型、刀盘优化布置有着重要意义。文章基于3-D离散单元法,利用三维离散元软件MatDEM建立了数值模拟模型,综合考虑岩石物理力学性质和围压条件的影响,研究了岩石破碎模式和滚刀侵入破岩效率的变化规律。结果表明,当围压水平较低时,岩石脆性指标对破岩效率影响明显,破岩效率随岩石脆性指标的增大而减小;但当围压超过一定值时,脆性指标对破岩效率的影响幅度变小。对于脆性不同的岩石,破岩效率随围压增大整体呈下降趋势,但对于脆性大于18的岩石,破岩效率在围压为5 MPa时达到最高;当围压水平较低时,岩石破坏模式均以张拉破坏模式为主,随着围压的增大,破坏模式逐渐向拉剪综合破坏模式转变。