全断面岩石掘进机盘形滚刀的受力分析

根据全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩的空间运动特征，建立了盘形滚刀工作时的惯性力表达式、盘形滚刀的实际破岩力与推压力之间的关系式，并分析对平面刀盘、锥面刀盘及球成刀盘上盘形滚刀的受力状况进行了比较。这将为刀盘型式的合理选择和刀盘最佳推力的确定提供可靠的理论依据。     

TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果影响研究

TBM滚刀位置布置对于TBM掘进效率极为重要,为研究TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果的影响,利用二维离散元颗粒流软件(PFC2D)建立TBM双滚刀破岩模型,对TBM破岩过程中裂纹的扩展、岩石破坏形式、岩片面积、破岩比能、滚刀推力等变化进行了模拟分析。结果表明:(1)滚刀间距对于破岩效果具有较为明显的影响。间距过小时,滚刀间形成的岩片过于粉碎,滚刀间距过大,相邻滚刀形成的裂纹无法贯通,滚刀之间形成岩脊。间距不同破岩比能不同,存在最优滚刀间距现象。(2)滚刀入岩次序影响破岩效果。前后滚刀对于岩石的损伤深度和范围不同,同时破岩时左右滚刀所需垂直力较为接近,顺次破岩时后滚刀所需垂直力平均值小于前滚刀。相同滚刀间距下顺次破岩比能高于同时破岩时的比能,破岩效果将低于同时破岩情况。研究成果可为TBM滚刀布置设计提供一定参考。     

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

为研究全断面岩石掘进机(TBM)滚刀破岩机理与破岩效果影响因素,采用颗粒流程序(PFC)建立滚刀破岩模型,通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果,标定PFC程序参数,模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。结果表明:滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式,整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显,破岩效果均不佳,TBM滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。围压影响裂纹生成与扩展,较高时将抑制径向裂纹发育,降低破岩整体效果。研究成果可为TBM选型及滚刀设计提供一定参考。     

岩石在盘形滚刀作用下的性能研究

考虑岩石的各向异性,深入研究了岩石在盘形滚刀作用下的形变和剥落特点,建立了岩石在盘形滚刀作用下的力学模型,给出了岩石在盘形滚刀作用下形变的几何方程、物理方程和平衡方程。并通过对岩石在盘形滚刀垂直载荷和平面滚压载荷作用下的试验观察,提出在盘形滚刀垂直力的计算中以盘形滚刀侵入岩石而在岩石表面形成面积（双曲线围成）上的平均应力代替岩石的杨氏模量;在滚动力的计算中以岩石的抗拉强度代替剪切弹性模量,以抗剪强度代替A常数;盘形滚刀破岩侧向力计算中的岩石性能参数则取用杨氏模量。将此方案用于所建立的的力学模型,求得了盘形滚刀破岩的垂直力、滚动力和侧向力;计算结果均比已有压痕试验求得的垂直力、线性滚压岩石试验求得的垂直力和滚动力更精确。计算还获得了盘形滚刀破岩的侧向力,其结果也通过了试验验证。     

破岩滚刀组合钻头的布刀设计和使用

破岩滚刀组合钻头的布刀原则为滚刀分组布置；同组滚刀的最低齿点（或线），要与刀盘平行在同一平面内；滚刀轴线的投影要与刀盘径线重合；各滚刀的破岩切削面积要基本接近．影响破岩滚刀组会钻头使用效率和寿命的参数有两个：其一为钻压，软岩及中硬岩要求每个滚刀的压力20～30kN，硬岩需达40～50kN；其二为转速，滚刀内部的轴承处于高承压状态，自转不宜超过120r／min，滚轮大头直径330mm，钻头最大转速应为27r／min．     

硬岩隧道掘进机滚刀破岩性能评价研究

为了提高TBM的掘进效率和地质适应性,对TBM滚刀破岩性能评价指标选取及TBM滚刀破岩性能评价方法进行了研究。通过文献阅读及专家调查,最终选取影响TBM滚刀性能的13个指标建立滚刀破岩评价体系;用改进群层次分析法（IGAHP）和基于指标相关性法(CRITIC)对评价指标进行权重计算。基于文献分析确定了13个评价指标的隶属函数,运用模糊综合评判方法,计算TBM施工破岩性能隶属矩阵,确定TBM滚刀破岩性能等级。对新疆某引水隧道4个区段进行滚刀破岩性能评价并与实际施工情况进行对比分析。结果表明：该模型的评价结果基本符合实际情况,所提出的评价方法是可行的。该方法可为TBM选型和滚刀设计优化提供指导。     

刀具破岩机制研究现状及发展趋势

在分析大量文献的基础上,从理论模型、物理试验和数值模拟三个方面,对近些年国内外刀具破岩规律研究进展情况进行归纳和总结,并对各种研究方法的适用性、优缺点进行了评述,侧重论述了数值模拟研究进展,探讨了当前研究热点问题,包括节理岩体中的破岩规律、开裂准则、动力破岩和三维数值模拟研究等。总体来看,有关刀具破岩机理的研究取得了长足进展,尤其是数值计算从不同层次上揭示了刀具破岩机制,包括滚刀作用下岩石裂纹扩展规律、滚刀与岩石的相互作用力学模型、材料力学参数、滚刀作用方式、围岩地应力以及刀具几何参数等因素对破岩效率的影响,数值计算方法极大地促进了刀具破岩规律的深入研究;最后总结了当前刀具破岩受力模型、动态加载与三维模拟等面临的挑战问题。     

水电建设工程中反井钻井硬岩滚刀的试验研究

为了解决在水电建设中采用反井钻机施工钻进硬岩时出现的破岩效率低、滚刀寿命短等问题,研制了新型的适用于硬岩钻进的镶齿滚刀.通过室内破岩试验及水电建设的应用表明,镐形镶齿滚刀在中硬及硬岩层中有较好的破岩效果,可有效提高反井钻进破岩效率.     

不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析

为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段及残余跃进阶段;胶结破坏类型主要呈拉剪破坏与压剪破坏两种;滚刀破岩过程中受到的阻力可以用峰值法向推力表示,阻力大小取决于岩性,破岩阻力随着岩石单轴抗压强度的增大而增大;通过胶结破岩比能耗来评价破岩效率,对于坚硬岩,三滚刀破岩效率最高,对于强度较低的岩石,采用单滚刀破岩效率更高。     

梯级式溢洪道上楔形块的下冲力计算

文中对梯级式溢洪道上楔形护块的下冲力进行了分析，推导了下冲力的计算式，并得到了试验的证实。     

TBM采用大直径滚刀掘进的优越性

扼要地介绍了挪威硬岩TBM掘进速度与刀具磨损的研究成果及大直径滚刀在大伙房水库输水工程中的应用情况。研究和实践都表明,采用大直径滚刀掘进的优越性在于:大直径滚刀推力大,破岩能力强,掘进速度快;降低刀具损耗,进而降低工程成本;延长刀圈寿命,减少掘进过程中的换刀频次,从而提高TBM的利用率。采用大直径滚刀是大断面硬岩TBM的发展方向。     

基于施工循环的绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析

绞吸挖泥船是水利工程疏浚施工领域广泛使用的一类工程船舶,安装在船上的工况监测系统能够实时记录船体的疏浚作业状态,但是所获得的实时监测数据并不能直接提供船体疏浚作业平稳度的关键信息。提出一种基于施工循环的绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析评价方法,通过选择合适的施工监测参数作为绞吸挖泥船疏浚作业平稳度分析指标,然后在预定义的施工循环内对平稳度指标进行计算分析,得到挖泥船在整个施工期间的疏浚作业平稳度变化情况,以及每个施工循环内的疏浚作业平稳度值。据所得的疏浚作业平稳度,能够判断挖泥船操作人员的疏浚作业平稳度优劣,并直观评价其相应的疏浚产量,为绞吸挖泥船的疏浚作业提供有效指导。同时,通过与传统的疏浚作业平稳度分析方法进行比较可见,所提出的方法能够定量地反映绞吸挖泥船在整个施工期间和每个施工循环中的平稳度变化情况,弥补了传统方法的不足,具有更强的实用性和优越性。     

楔形流道内单气泡动力学行为特性研究

楔形流道是一个具有复杂物理边界的流场,对其内部气液两相流动特性的研究具有现实意义.该文首先对孔板流量计内掺混气泡的两相流体建立了数学模型,采用贴体坐标系同位网格下的SIMPLE算法解决了速度与压力的耦合问题,改进了贴体坐标下Level Set方法,并利用其对楔形孔板流量计内单气泡两相流场进行了模拟.针对不同Re数和不同We数时其内部流场的模拟结果进行了分析,得出流场内气泡形态及其流动特性的变化规律.     

基于不同疏浚绞刀结构的底泥污染物释放情况分析

分别采用普通绞刀、加罩普通绞刀、螺旋绞刀和加罩螺旋绞刀进行疏浚模拟试验,通过比较疏浚点周围上覆水中各污染物浓度变化情况,分析不同结构绞刀的环保性能。结果表明:采用螺旋绞刀疏浚下,底泥中污染物释放量较采用普通绞刀疏浚时小;在这两类绞刀上加装罩壳均能有效抑制底泥中污染物释放,特别是疏浚后1h内营养盐氮释放;理想的绞吸式挖泥船环保功能改造方案为采用螺旋绞刀替换普通绞刀并加装罩壳(防扩散装置)。     

五坐标数控加工刀路轨迹形成的算法研究

用2×3次非均匀有理B样条方法,建立了复杂叶片的数学模型,推导了其三维点和法矢量矩阵表达式,采用迭代算法计算了叶片有允差控制的五坐标数控加工刀路轨迹的数据,为编写五坐标数控加工程序提供了基本数据.     

振动切槽成墙工艺在水利工程中的应用

振动切槽成墙工艺是一种建造地下连续墙的新技术，具有施工进度快、成本低、无污染和墙体质量好等优点。本文以江西省九江市永安堤段堤防整治工程实例，论述了该项技术的切槽原理、施工程序及技术特点。     

基于偏最小二乘-径基网络模型的岩体变形分析

偏最小二乘回归不直接考虑因变量与自变量回归问题,而直接提取与系统有关的新的综合变量,并能利用交叉有效性检验确定成分个数,在分析单因变量与多自变量间关系时结果令人满意;3层RBF神经网络模型具有自适应学习和记忆能力,因而被广泛应用。把这两者相关联,以岩体变形量为因变量,以6个影响因素为自变量,分析研究了实际工程的高边坡位移监测资料。工程应用实例分析研究表明,偏最小二乘-径基网络模型能有效克服各类因子变量间的相关性和与因变量的非线性关系,模型收敛速度快,求解稳定,对实测数据具有较好的拟合效果和预测精度,因而具有一定的实用价值。