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盾构刀具破碎岩石过程数值模拟及力学行为研究
| 论文题名： | 盾构刀具破碎岩石过程数值模拟及力学行为研究 |
| 关键词： | 盾构刀具;破岩规律;内部应力;参数变化;数值模拟 |
| 摘要： | 以不同形状的压头（柱形体、半球体、楔形体、截锥体压头）静力侵入红砂岩、石灰岩、花岗岩的基本现象为背景通过数值模拟来更深入地研究压头形态、岩石强度对压头静力侵压试验的影响。本文运用有限差分法软件FLAC3D采用Fish语言编写程序模拟红砂岩在柱形体、楔形体和截锥体作用下的破坏过程，研究红砂岩内部应力、应变等参数变化规律，并与实验室试验结果进行对比，表明模拟结果与物理实验结果吻合。由于有限差分方法只能够模拟岩石单元的非线性变形，对岩石在变形中裂纹的发展进程效果并不理想。为发挥数值方法的优势互补作用，本文运用离散元软件PFC2D对红砂岩、石灰岩及花岗岩实验室单轴压缩试验进行模拟，并对虚拟模型进行校核。在此基础上，分别对柱形体、楔形体、截锥体及半球体压头侵入红砂岩、石灰岩及花岗岩过程进行模拟，并分析各种压头侵入红砂岩、石灰岩、花岗岩起裂、跃进、破坏时刻的荷载、侵深、轴向应力、裂纹数、摩擦能等参数。以柱形体侵入红砂岩为例研究了压头侵入岩石过程中侵入荷载与轴向应力、应变能、裂纹数及摩擦能的关系。最后，分别模拟了单滚刀、多滚刀侵入红砂岩、石灰岩、花岗岩的过程，得出单滚刀侵入岩石裂纹扩展规律及多滚刀协同破岩规律，并根据最小比能原则得到多滚刀下红砂岩的最优刀间距为78-83mm，石灰岩的最优刀间距为67-72mm，花岗岩的最优刀间距为57-61mm。 |
| 作者： | 唐国强 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 杨小林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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