《盾構刀群與岩土耦合作用機理及套用研究》是依託中南大學，由夏毅敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：盾構刀群與岩土耦合作用機理及套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：夏毅敏
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
盾構掘進機是捷運、引水工程、隧道等地下空間工程建設中急需的大型基礎裝備，而刀具（群）是盾構掘進中切削破碎岩土的關鍵部件，由於目前對於多場耦合條件下，刀群與岩土作用機理認識不足，造成刀群非正常失效、刀盤損壞和地表坍塌等重大工程事故。針對這些工程中的基礎科學問題，本申請擬在已有工作基礎上開展以下研究工作：（1）空間刀群組合截割作用下岩土回響特徵研究；（2）刀群-岩土耦合作用下刀群切削特性研究；（3）基於刀群整體能效的刀具失效準則研究；（4）基於複雜地質條件刀群設計方法研究。通過理論分析、計算機仿真模擬和實驗測試相結合的方法，揭示刀群、掘進工藝參數與地質條件適應性規律，建立盾構掘進過程中刀群切削性能評價模型，提出一種高效低能耗低擾動的盾構刀群組合設計方法，為盾構法進行地下空間工程套用提供理論依據。
結題摘要
盾構機在城市地下空間工程的套用日益廣泛，刀具是盾構機切削岩土的工具，揭示刀具（刀群）與岩土耦合作用規律，提出合理的刀具設計、組合選配與布置方法是盾構機安全、穩定、高效掘進的前提。課題組分析了不同區域工程地質狀況信息，結合仿真與實驗手段，對刀群截割岩土破碎機理進行研究，提出了基於連續損傷模型的破碎剝離準則，研究刀群組合切削岩土動態回響特性，揭示了不同組合參數刀群切削岩土裂紋演變規律；基於刀群岩土耦合作用下刀群切削特性研究，分析了盾構刀群切削運動學和動力學特性，建立了典型刀群受力預測模型，揭示了刀具結構參數、工作參數、組合參數與刀群切削性能的映射規律；依據實際工程刀具損耗數據，分析了特定地質條件下刀具失效形式與主要成因，通過仿真與模擬實驗研究了刀具疲勞裂紋擴展特性和磨損機理，建立了滾刀與切刀磨損預測模型，實現了對正常磨損狀況下刀具壽命的預測；在刀群切削特性和失效準則的研究基礎上，提出了以高切削效率、長壽命為最佳化目標的盾構刀具結構最佳化設計方法，並開發了盾構刀具CAD系統，實現刀具自動參數化設計與布置最佳化。最終形成了一種盾構刀群組合最佳化設計方法，為盾構掘進機的設計與製造提供理論依據。
