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效率和施工安全性。由于當(dāng)前地下隧道施工過程中盾構(gòu)機掘進界面隱蔽，無法直接觀測刀盤系統(tǒng)載荷信息，相關(guān)的試驗和理論分析分別受到模型規(guī)模較小和簡化過多的限制在獲取正常掘進狀態(tài)的刀盤結(jié)構(gòu)力學(xué)特性以及刀盤動態(tài)掘進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，也是研究刀盤問題的一種有效方法。
　　針對當(dāng)前盾構(gòu)刀盤載荷分析和刀盤可

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

3、擬了盾構(gòu)刀盤連續(xù)掘進隧道過程，對刀盤動態(tài)掘進載荷分布和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進行了研究。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態(tài)切削載荷分布以及掘進過程中刀盤扭矩隨掘進時間的變化規(guī)律，分析了地質(zhì)參數(shù)、施工參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對刀盤掘進載荷的影響。對考慮動態(tài)效應(yīng)和面對脫困載荷情況下的刀盤剛度、強度等力學(xué)結(jié)構(gòu)特性進行了校驗。結(jié)合刀盤系統(tǒng)扭矩構(gòu)成和分布規(guī)律，分析了面對不同地層的刀盤順應(yīng)性問題，證實了盾構(gòu)扭矩直接相關(guān)的諸多因素中隧道埋深和土體的粘