基于侵入试验的单齿破岩机理及齿形优化研究

齿形是影响镶齿滚刀破岩效率的关键因素。本文通过单齿侵入破岩试验对4种刀齿(镐形齿、锥形齿、楔形齿和球形齿)的破岩机理及硬岩破岩齿形优化等相关问题进行探讨，研究不同齿形侵入岩体过程中的破岩特征、加载力-侵深曲线特征以及对侵深、破碎体积、破碎坑半径、破岩岩屑分布特征的影响规律。通过分形理论评估破岩效果，从而达到优化齿形及加载力的目的。结果表明：随加载力增大，齿形对侵深、破碎体积、破碎坑半径等破岩效果指标的影响差异随之增大；破碎岩屑在粒度上具有分形特征，通过破碎分形维数并结合破碎体积等指标可以评估破碎效果，优化齿形及加载力；针对花岗岩类岩石，镐形齿所获得的破碎分形维数最低，破碎体积、破碎坑半径、侵深最大，可优选为花岗岩类硬岩中镶齿滚刀的齿形，并推荐100 kN为镐形齿优化加载力。