原文传递
盾构刀具切削水泥砂浆试件的试验研究及其数值分析
| 论文题名： | 盾构刀具切削水泥砂浆试件的试验研究及其数值分析 |
| 关键词： | 地铁施工;水泥砂浆试件;盾构刀具;切削力 |
| 摘要： | 随着城市中各种建（构）筑物越来越密集，使用盾构法在修建地铁时难以避免的需要切削各种建（构）筑物的桩基，如苏州轨道交通2号线切削广济桥桩基，广州地铁3号线切削居民楼桩基，上海轨道交通10号线切削沙泾港桥桩基等，且盾构法在进出洞时往往需要切除混凝土封门，而混凝土及钢筋混凝土往往强度都较大，这就对盾构机的主要破岩构件——刀具的受力提出了更高的要求。 本论文以科技部“973”课题“复杂条件大直径盾构长距离安全掘进理论及控制研究（项目编号C15B100031）”中的“盾构刀具切削机理及磨损规律”子课题为背景，采用设计加工的盾构刀具切削机进行室内切削试验，并通过离散元软件EDEM对切削的试验过程进行模拟仿真，取得主要成果如下: 1.设计加工了室内切削试验设备——盾构刀具切削机，包括其框架系统、液压系统、控制系统和数据采集系统四大部分。与以往刀具切削试验不同的是，该设备采用了弧形轨迹切削试件，可得到刀具在不同的切削深度、切削速度、刀具前后角和试件强度等多个因素下的法向切削力和切向切削力变化情况，为以后的室内切削试验提供了研究思路。 2.统计了盾构刀具切削水泥砂浆试件时的切削力变化，从微观角度对刀具切削试件的过程进行了分析，指出刀具的受力波动过程是刀具与碎屑多次接触、切削和剥落的循环过程。 3.探讨了各个因素（切削深度、切削速度、刀具前后角、刀具形状和试件强度等）对刀具切削力的影响规律，给出了切削深度、试件强度与法向切削力、切向切削力的参考公式。 4.利用离散元软件EDEM中的bonding模型对水泥砂浆试件进行了仿真，通过单轴压缩试验和劈裂抗拉试验对颗粒进行参数标定分析，得到了不同强度水泥砂浆试块的bonding参数参考取值，并分别分析了离散元模拟下的试块单轴压缩试验和劈裂抗拉试验破坏形态。 5.采用SolidWorks和HyperMesh软件建立了不同刀具的三维模型图，并对刀具切削试验进行离散元模拟，结合有限元软件Workbench得到了不同因素下的刀具受力与磨损规律。通过将数值仿真结果与试验结果进行对比分析，指出了离散元方法在刀具切削方面的可靠性。 随着各大城市修建地铁的热潮越来越高，盾构法必将面临更多的困难和挑战。本文研究在不同切削因素下的刀具受力情况，希望能够为未来的盾构刀具设计提供参考。 |
| 作者： | 许宇 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 李兴高 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
