基于Kӧtter方程的盾构掘进面上被切削土体受力研究

为了计算不同土体性质与不同掘进参数下盾构刮刀与土体之间的作用力以及由此带来的切削扭矩,引入了修正后的Kӧtter方程作为补充方程,求解出开挖面上土体在被动切削至破坏时滑动面上的应力分布,建立了被切削土体受力模型,求解出刮刀刃面与土体之间的正压力p、摩擦力Q与侧向土体间抗剪阻力U,进而推导出刀盘切削扭矩T的计算公式。分析得到特定刀盘上刮刀的p,Q,U值随土体c,φ值增大而增大,通过适当提高刮刀刃面粗糙度来增大摩擦可使土体更易被切至破坏;p,Q,U值随刀盘转速ω增大而减小,p,Q随支护荷载p线性增大且p对于被切削土体受力的影响在砂性土中较大,最终给出特定刀盘掘进至部分种类土体中的切削扭矩值作为工程参考。     

盾构切刀切削混凝土过程中的动态响应试验

为探究盾构切刀与混凝土的相互作用规律,开展室内切削试验,验证切削的实质是刀具与试件反复碰撞、挤压、切削和剥落的循环过程.通过切削力测试系统得到刀具前后角、刀具形状、切削深度和试件强度等因素对刀具法向切削力F_n与切向切削力F_t的影响规律,并分析得到各影响因素作用下F_n、F_t及切削合力F_c的波动范围.结果表明:刀具切削混凝土的实质是碰撞、切削、剥落的反复循环,切削力始终处于波动状态;刀具前刃面承担主要的破岩任务,前角越大,所需的F_n和F_t及其波动性越小,刀具对试件的拉剪效果越明显;F_n、F_t均值与试件强度和切削深度均呈线性关系,试件强度和切削深度越大,F_n和F_t越大,其方向上的波动性越小;切削深度比试块强度对F_c波动性的影响更为显著,切削深度越大,因剥离而产生的碎屑粒径越大,而刀尖处碎屑均呈粉末状.     

基于K?tter方程的盾构掘进面上被切削土体受力研究

为了计算不同土体性质与不同掘进参数下盾构刮刀与土体之间的作用力以及由此带来的切削扭矩,引入了修正后的K?tter方程作为补充方程,求解出开挖面上土体在被动切削至破坏时滑动面上的应力分布,建立了被切削土体受力模型,求解出刮刀刃面与土体之间的正压力P、摩擦力Q与侧向土体间抗剪阻力U,进而推导出刀盘切削扭矩T的计算公式。分析得到特定刀盘上刮刀的P, Q,U值随土体c,j值增大而增大,通过适当提高刮刀刃面粗糙度来增大摩擦可使土体更易被切至破坏; P, Q,U值随刀盘转速w增大而减小, P, Q随支护荷载p线性增大且p对于被切削土体受力的影响在砂性土中较大,最终给出特定刀盘掘进至部分种类土体中的切削扭矩值作为工程参考。     

基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟

为了揭示盾构刀具切削混凝土材料时的阻力大小及变化规律,研究Holmquist-Johnson-Cook动态本构模型（HJC模型）参数的确定方法,并据此对混凝土受切削破坏过程进行数值模拟. 设计室内混凝土试块切削试验,根据试验结果对HJC模型参数进行修正,进一步计算分析切削速度与切削深度对切削阻力的影响. 研究表明,基于HJC模型的数值计算结果可基本反映盾构刀具切削混凝土的阻力大小及变化规律;刀具在切入混凝土表面时,法向切削阻力的波动幅度较大,在切削接近试块自由面时会出现剩余材料整块脱落、切削力骤降为0的现象,该过程在数值模拟中相对平缓;在相同条件下,率效应参数主要影响法向切削阻力的波动幅度,损伤参数则同时影响法向切削阻力的平均值与波动幅度;法向切削阻力随切削速度呈指数形式增加,随切削深度呈线性增加;HJC模型可反映混凝土压碎破坏与材料应变率间的关系及法向切削阻力随深度的线性叠加效应.