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正、偏楔形盘形滚刀破岩作业载荷对比研究 被引量:3
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作者 张照煌 洪文 刘青 《中国水利水电科学研究院学报》 北大核心 2019年第1期24-31,共8页
盘形滚刀是全断面岩石掘进机(TBM)上的关键核心部件,其与岩石的相互作用直接影响TBM的掘进效率和工程成本。研究发现盘形滚刀外形对其与岩石的相互作用有较大影响。论文首先建立了正楔形盘形滚刀作业对象岩石的Drucker-Prager弹塑性模... 盘形滚刀是全断面岩石掘进机(TBM)上的关键核心部件,其与岩石的相互作用直接影响TBM的掘进效率和工程成本。研究发现盘形滚刀外形对其与岩石的相互作用有较大影响。论文首先建立了正楔形盘形滚刀作业对象岩石的Drucker-Prager弹塑性模型和正楔形盘形滚刀与其相互作用模型,并用罗科斯巴勒盘形滚刀破岩力预测理论对所建模型进行了验证;以此为基础,论文还建立了偏楔形盘形滚刀与其作业对象岩石的相互作用模型,并分别模拟研究了正楔形盘形滚刀和偏楔形盘形滚刀与岩石的相互作用,从而发现正楔形盘形滚刀在不同安装半径和切深条件下的垂直力、侧向力和滚动力都大于偏楔形盘形滚刀,且偏楔形盘形滚刀在小安装半径和大切深条件下,其破岩载荷较正楔形盘形滚刀减小量较大。论文研究结论为偏楔形盘形滚刀设计理论的工程应用提供了重要参考。 展开更多
关键词 盘形滚刀 破岩载荷 偏楔形盘形滚刀
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水射流构造自由面下滚刀线性切割破岩特性研究 被引量:2
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作者 张旭辉 谭涛 +2 位作者 钟科 龙金京 夏毅敏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期367-374,共8页
为了分析水射流构造自由面情况下的滚刀切割破岩特性,本文采用有限元模拟分析方法,建立自由面工况下滚刀破岩模型,模拟不同切宽下滚刀切割岩石动态过程,得到水射流构造自由面工况下滚刀破岩载荷、破岩状态等变化规律,并利用线性切割实... 为了分析水射流构造自由面情况下的滚刀切割破岩特性,本文采用有限元模拟分析方法,建立自由面工况下滚刀破岩模型,模拟不同切宽下滚刀切割岩石动态过程,得到水射流构造自由面工况下滚刀破岩载荷、破岩状态等变化规律,并利用线性切割实验进行验证。研究结果表明:水射流构造自由面后滚刀切割过程中,岩石会产生表面和内部拉伸裂纹,且当切宽小于临界值50 mm时,滚刀临近自由面侧的拉伸裂纹可以延伸到自由面,促进岩石破碎;水射流构造自由面情况下的滚刀破岩垂直载荷最大,侧向载荷最小,且合适的切宽可以显著改善滚刀受载;当滚刀能有效利用水射流构造的自由面破岩时,其破岩比能耗远低于无自由面效应下的滚刀破岩比能耗,前者仅约为后者的30%,破岩效率得到显著提高。研究结果可为水射流辅助滚刀破岩参数设计提供依据。 展开更多
关键词 水射流 自由面 有限元模拟 滚刀 切割 切宽 破岩载荷 效率
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TBM盘形滚刀破碎饱水岩石实验研究 被引量:2
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作者 祝贵祥 贺力克 +2 位作者 谭青 姚之威 张逸超 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期3126-3133,共8页
为了研究岩石饱水情况下全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀的破岩特性,通过控制不同的切削参数组合(刀间距、贯入度),选用砂岩开展干燥与饱水条件下的滚刀直线破岩实验,并利用三向力传感器对滚刀受到的三向力进行测定。对比分析切削参数对... 为了研究岩石饱水情况下全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀的破岩特性,通过控制不同的切削参数组合(刀间距、贯入度),选用砂岩开展干燥与饱水条件下的滚刀直线破岩实验,并利用三向力传感器对滚刀受到的三向力进行测定。对比分析切削参数对破岩载荷、切削系数和比能耗的影响。实验结果表明:1)随着刀间距的增大,垂直力和滚动力逐渐增大,侧向力具有较大的离散性,且岩石饱水后滚刀破岩的垂直力和侧向力分别下降20%~35%和8%~33%,滚动力则变化不大;2)三向力均随着贯入度的增加而增加,且饱水条件下的三向力小于干燥条件下的三向力,饱水后垂直力下降25%~33%,滚动力和侧向力则差别较小;3)随着刀间距与贯入度的增加,干燥与饱水条件下的岩石切削系数均增加,且饱水组大于干燥组;4)对于饱水组和干燥组,实际比能耗随着S/P的增大先降低后升高,当S/P=20左右使得比能耗最低,但饱水后的实际比能耗高于干燥组,在S/P=20时增加17%左右。 展开更多
关键词 TBM 盘形滚刀 切削参数 破岩载荷 切削系数 比能耗
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基于隧道工程实例的TBM破岩特征参数研究 被引量:3
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作者 孙振川 杨延栋 +1 位作者 李凤远 张兵 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2020年第S01期25-30,共6页
为评价TBM的破岩性能、反馈滚刀破岩载荷、预警TBM卡机风险,提出采用破岩系数表征宏观TBM多滚刀协同破岩特征,采用切割系数表征细观单滚刀破岩特征。通过TBM破岩系数与滚刀切割系数关系推导,得出宏观上反映TBM推力和转矩相关性的破岩系... 为评价TBM的破岩性能、反馈滚刀破岩载荷、预警TBM卡机风险,提出采用破岩系数表征宏观TBM多滚刀协同破岩特征,采用切割系数表征细观单滚刀破岩特征。通过TBM破岩系数与滚刀切割系数关系推导,得出宏观上反映TBM推力和转矩相关性的破岩系数与细观上反映滚刀垂直力和滚动力相关性的切割系数在数值上相等,且仅与贯入度和滚刀直径有关;通过多个TBM工程现场数据验证,得到TBM破岩系数与滚刀切割系数均随滚刀贯入度的增大呈幂函数关系,TBM破岩系数在数值上明显比滚刀切割系数小,但二者呈高度线性关系,表明破岩系数与切割系数关系的理论推导研究方法的正确性。该研究建立的破岩系数、切割系数、贯入度等参数间的相关性对于预测和评价TBM的破岩性能大有益处。 展开更多
关键词 隧道工程 性能 石隧道掘进机(TBM) 破岩载荷 卡机预警
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盾构机滚刀刀箱的瞬时冲击分析及结构优化
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作者 袁文征 高文梁 +1 位作者 吴浩 闫阳 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第9期111-118,共8页
为解决实际盾构机施工过程中刀箱结构局部失效的问题,文中根据滚刀破岩载荷特点和实际滚刀螺栓固定状态,提出了瞬时冲击的分析方法,采用有限元计算了不同螺栓固定状态下的滚刀对刀箱的冲击作用,所得到的计算结果与实际刀箱失效特征对比... 为解决实际盾构机施工过程中刀箱结构局部失效的问题,文中根据滚刀破岩载荷特点和实际滚刀螺栓固定状态,提出了瞬时冲击的分析方法,采用有限元计算了不同螺栓固定状态下的滚刀对刀箱的冲击作用,所得到的计算结果与实际刀箱失效特征对比表明,螺栓松动量达到4 mm时,滚刀刀轴对刀箱结构的冲击作用导致局部结构承受过大的冲击能量,局部应力超出材料强度,结构失效风险较大。通过将L形块与刀箱焊接优化传力路径,优化L形块结构增大了冲击作用面积,可以有效解决冲击造成的刀箱结构局部失效风险过高的问题。 展开更多
关键词 滚刀刀箱 破岩载荷 瞬时冲击 结构优化
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Investigation of granite failure precursor under axial load using modified LSTM framework
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作者 WANG Ya-lei XU Jin-ming 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2930-2943,共14页
Granite is usually composed of quartz,biotite,feldspar,and cracks,and the variation characteristics of these components could reflect the deformation and failure process of rock well.Taking granite as an example,the v... Granite is usually composed of quartz,biotite,feldspar,and cracks,and the variation characteristics of these components could reflect the deformation and failure process of rock well.Taking granite as an example,the video camera was used to record the deformation and failure process of rock.The distribution of meso-components in video images was then identified.The meso-components of rock failure precursors were also discussed.Moreover,a modified LSTM(long short-term memory method)based on SSA(sparrow search algorithm)was proposed to estimate the change of meso-components of rock failure precursor.It shows that the initiation and expansion of cracks are mainly caused by feldspar and quartz fracture,and when the quartz and feldspar exit the stress framework,rock failure occurs;the second large increase of crack area and the second large decrease of quartz or feldspar area may be used as a precursor of rock failure;the precursor time of rock failure based on meso-scopic components is about 4 s earlier than that observed by the naked eye;the modified LSTM network has the strongest estimation ability for quartz area change,followed by feldspar and biotite,and has the worst estimation ability for cracks;when using the modified LSTM network to predict the precursors of rock instability and failure,quartz and feldspar could be given priority.The results presented herein may provide reference in the investigation of rock failure mechanism. 展开更多
关键词 GRANITE failure precursor axial load modified long short-term memory method
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弧角型PDC钻头切削齿布齿模式仿真分析 被引量:8
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作者 居培 王传留 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期240-245,共6页
钻头在钻进复杂非均质地层时,由于其冠部形状的限制,钻头各部位切削齿受力不均匀,局部切削齿受到较大的冲击载荷,导致钻头发生“涡动”现象。为了解决上述问题,提出“多级力平衡”的切削齿周向布齿方案,通过建立全尺寸钻头破岩有限元仿... 钻头在钻进复杂非均质地层时,由于其冠部形状的限制,钻头各部位切削齿受力不均匀,局部切削齿受到较大的冲击载荷,导致钻头发生“涡动”现象。为了解决上述问题,提出“多级力平衡”的切削齿周向布齿方案,通过建立全尺寸钻头破岩有限元仿真模型,分析顺时针、逆时针以及“多级力平衡”3种周向布齿模式下切削齿及钻头的受力特性。模拟结果表明:相对于顺时针和逆时针周向布齿,“多级力平衡”布齿模式下各刀翼载荷分布比较均匀,钻头的稳定性和攻击性均得到较大改善,钻头的破岩效率提高28%以上;顺时针布齿模式下钻头的侧向力最大,其稳定性相对最差;逆时针布齿模式下钻头的钻压最大,其攻击性相对较差,并且钻头的破岩效率最低。上述研究成果能够为指导PDC钻头切削齿的周向布齿设计提供理论依据。建议今后加强“多级力平衡”周向布齿模式下切削齿载荷沿钻头径向分布规律方面的研究,以指导防涡稳定PDC钻头的优化设计。 展开更多
关键词 布齿模式 多级力平衡 数值模拟 破岩载荷 效率
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煤矿井下定向钻进用新型PDC钻头 被引量:7
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作者 王传留 居培 高晓亮 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 2016年第6期74-78,共5页
在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时,常规单齿式平底钻头磨损较为严重。为此,我们开发出一种新型定向PDC钻头,并采用数值模拟方法分析该钻头的破岩机理和受力特性。结果表明:与普通平底钻头相比,在同等工况条件下,新型定向PDC钻头的破... 在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时,常规单齿式平底钻头磨损较为严重。为此,我们开发出一种新型定向PDC钻头,并采用数值模拟方法分析该钻头的破岩机理和受力特性。结果表明:与普通平底钻头相比,在同等工况条件下,新型定向PDC钻头的破岩载荷比普通平底钻头降低36%,破岩效率提高近50%。根据模拟结果,试制新型定向PDC钻头并进行现场试验。试验显示:在中硬至硬地层中进行定向钻进施工时,与普通平底钻头相比,新型定向PDC钻头平均寿命提高2倍以上,进尺效率提高约1倍,降低钻进成本。 展开更多
关键词 中硬地层 破岩载荷 效率 钻头寿命
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Model test to investigate failure mechanism and loading characteristics of shallow-bias tunnels with small clear distance 被引量:11
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作者 雷明锋 林大涌 +3 位作者 杨伟超 施成华 彭立敏 黄娟 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期3312-3321,共10页
Based on the similarity theory,a tunnel excavation simulation testing system under typical unsymmetrical loading conditions was established.Using this system,the failure mechanism of surrounding rock of shallow-bias t... Based on the similarity theory,a tunnel excavation simulation testing system under typical unsymmetrical loading conditions was established.Using this system,the failure mechanism of surrounding rock of shallow-bias tunnels with small clear distance was analyzed along with the load characteristics.The results show that:1) The failure process of surrounding rock of shallow-bias tunnels with small clear distance consists of structural and stratum deformation induced by tunnel excavation; Microfracture surfaces are formed in the tunnel surrounding rock and extend deep into the rock mass in a larger density; Tensile cracking occurs in shallow position on the deep-buried side,with shear slip in deep rock mass.In the meantime,rapid deformation and slip take place on the shallow-buried side until the surrounding rocks totally collapse.The production and development of micro-fracture surfaces in the tunnel surrounding rock and tensile cracking in the shallow position on the deep-buried side represent the key stages of failure.2) The final failure mode is featured by an inverted conical fracture with tunnel arch as its top and the slope at tunnel entrance slope as its bottom.The range of failure on the deep-buried side is significantly larger than that on the shallow-buried side.Such difference becomes more prominent with the increasing bias angle.What distinguishes it from the "linear fracture surface" model is that the model proposed has a larger fracture angle on the two sides.Moreover,the bottom of the fracture is located at the springing line of tunnel arch.3) The total vertical load increases with bias angle.Compared with the existing methods,the unsymmetrical loading effect in measurement is more prominent.At last,countermeasures are proposed according to the analysis results: during engineering process,1) The surrounding rock mass on the deep-buried side should be reinforced apart from the tunnel surrounding rock for shallow-buried tunnels with small clear distance; moreover,the scope of consolidation should go beyond the midline of tunnel(along the direction of the top of slope) by 4 excavation spans of single tunnel.2) It is necessary to modify the load value of shallow-bias tunnels with small clear distance. 展开更多
关键词 shallow-bias tunnels with small spacing failure mechanism loading characteristics model test
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