基于耦合FDM-DEM方法的TBM滚刀最优化研究

作者：徐琛; 刘晓丽; 王恩志; 王思敬

来源：土木工程学报, 2020, S1: 286-299.

DOI：10.15951/j.tmgcxb.2020.s1.045

• TBM
• FDM-DEM
• 贯入度
• 线性切割实验
• 科罗拉多红色花岗岩
• 比能

为确定TBM盘型滚刀的最优布置,结合有限差分法(FDM)和离散元法(DEM)的优点,采用FDM-DEM耦合的数值模拟方法,对不同刀间距和贯入度条件下TBM双滚刀破岩过程进行三维动态仿真模拟,分析研究了不同滚刀配置对岩石破碎效果的影响。为了验证所提出方法的可行性和准确性,利用线性切割机(LCM)对科罗拉多红色花岗岩进行了切割试验,通过对比分析线性切割试验数据,验证了所提出方法的可行性。数值模拟结果表明:对于科罗拉多红色花岗,滚刀法向力和切向力会随着刀间距和贯入度比值的增加先减少后增大,当刀间距和贯入度的比值为20左右,滚刀法向力和切向力最小。线性切割试验和数值模拟结果均表明,当间距和贯入度的比值在17～20左右,岩石切割的比能量最低,此时TBM切割效率最高。文章提出方法的方法可以为TBM滚刀刀头配置提供重要依据。

• 单位
  水沙科学与水利水电工程国家重点实验室; 清华大学