球齿滚刀作用下岩石裂纹的数值模拟与试验观测

被引：31

作者：

谭青 ^{[1
]}

张魁 ^{[1
]}

周子龙 ^{[2
]}

夏毅敏 ^{[3
]}

机构：

[1] 中南大学机电工程学院

[2] 中南大学资源与安全学院

[3] 中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室

来源：

岩石力学与工程学报 | 2010年 / 29卷 / 01期

关键词：

岩石力学; 数值仿真; 球齿滚刀; 裂纹扩展; 高速摄像仪;

D O I：

暂无

中图分类号：

TU452 [岩体力学性质及应力理论分析];

学科分类号：

0801 ; 080104 ; 0815 ;

摘要：

在对实际掘进条件做出合理简化的基础上,主要从仿真与试验2个方面对齿刀破岩机制进行研究。首先将Hertz弹性接触理论引入仿真,从而考虑刀具的初始应力分布对裂纹扩展的影响;然后利用基于2D离散法的UDEC软件建立TBM双刃球齿滚刀侵入砂岩的模型,并进行仿真分析;最后在原有线切割试验台的基础上设计观测试验。首次利用高速摄像仪捕捉到岩石崩裂及破碎的现象,并巧妙地使用普通数码相机不连续记录球齿下密实核的产生过程。该模型成功地模拟裂纹的生成与扩展,由仿真结果可知:随着侵深的增加,球齿底部承受压应力过大逐步出现密实核;球齿之间的侧向裂纹由于拉应力失效迅速扩展并趋于交汇,最终裂纹贯穿导致岩体破碎;破碎前刃侧出现的小块岩石崩裂现象是由拉应力失效引起的。仿真结果与实验室观测结果表明,研究成果和施工现场数据存有良好的一致性,可适用于浅地层TBM掘进机破岩机制的研究。

引用

页码：163 / 169

页数：7

共 9 条

[1] 基于单轴压缩CT实验的砂岩破损机制 [J].