《多場耦合作用下盤形滾刀與岩體相互作用機理研究》是依託中南大學，由譚青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多場耦合作用下盤形滾刀與岩體相互作用機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：譚青
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
掘進機是我國急需的重大基礎裝備，預計未來5年中國盾構市場產值將達400億元，目前國內絕大多數掘進機完全依賴進口，相關核心技術主要由德國、日本和美國等的少數跨國公司所壟斷。其中盤形滾刀是掘進過程中實現破碎剝離岩體的關鍵部件。由於缺乏對多場耦合作用下滾刀破岩機理的充分認識，目前尚未形成有效的滾刀組合布局理論及完善的方法體系，導致在複雜多變的地質條件下施工時經常發生滾刀堵轉、偏磨等刀具失效現象。本項目以國家加快掘進機國產化進程為背景，在已有研究基礎上開展以下內容的研究工作：（1）盤形滾刀與地質體相互作用機理研究；（2）盤形滾刀破岩過程中的失效行為研究；（3）建立盤形滾刀與地質體相互作用評價體系，提出具有地質適應性的滾刀選型和布局理論，以提高破岩效率、增強地質適應性、延長滾刀使用壽命。本項目的成功實施，對於促進國內刀具破岩相關理論的發展，加快掘進機破岩刀具的研究步伐，具有十分重要的意義。
結題摘要
鑒於現有滾刀破岩研究普遍忽視圍壓、滲流、地熱、節理等多場耦合真實地層因素，現有滾刀破岩研究無法真實反映滾刀破岩特徵。本項目從滾刀破岩真實工況出發，系統研究了多場下滾刀與岩石相互作用機理，具體主要包括以下幾個方面： 1、針對工程地質體多場耦合效應研究，通過TBM施工工地調研，分析了不同場下岩石破碎基本現象，採集了不同地層下岩樣，開展了不同場下的岩樣測試，獲得了不同溫度、圍壓、飽水等情況下的岩石力學參數變化規律。結合岩石破碎學基本理論，並利用離散元法研究了多場下滾刀作用後裂紋的演化損傷動態過程，揭示了不同場下岩體內部損傷機理。 2、針對多場作用下岩體破壞機制研究，研究了不同場下刀岩接觸時岩石內部應力分布規律，建立了不同場下滾刀作用後岩體內部應力分布模型。分析了不同場下滾刀作用後裂紋變化規律。模擬了不同場下滾刀破岩動態過程，獲得了不同場下滾刀作用後，岩體破碎模式以及破碎能耗等基本變化規律。 3、針對多場作用下盤形滾刀力學性能及失效機制研究，開展了滾刀刀圈應力分布測試，並基於量綱法建立了滾刀刀圈應力分布模型，揭示了刀圈破岩過程中應力分布基本規律。結合刀圈應力分布規律以及密實核原理，建立了不同場下滾刀破岩載荷準則。在分析滾刀各結構體接觸面屬性的基礎上，建立了從多場地質出發的破岩載荷及破岩熱傳遞動力學模型，揭示了不同場下滾刀破岩過程中載荷回響及其溫度分布變化規律。採用刀圈對磨實驗，揭示了滾刀刀圈磨損失效機理。確定了刀圈硬度、衝擊韌性的合理匹配關係，形成了一種刀具失效智慧型預估模型。 4、針對盤形滾刀與地質體相互作用評價體系，開展了多滾刀組合破岩實驗，建立了多刀組合下滾刀破岩載荷模型。基於刀岩接觸應力模型及從磨損機理，建立了不同場下滾刀磨損預測模型，並開發了相應磨損預測平台。最後以破岩效率、破岩載荷、滾刀磨損量等為指標，建立了多場下滾刀-地質體相互作用評價體系，形成了一套地層適應性滾刀設計方法。
