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复合岩层TBM滚刀破岩过程数值模拟与试验研究的开题报告
题目：复合岩层TBM滚刀破岩过程数值模拟与试验研究的开题报告
一、选题背景
地下空间开发建设是现代城市发展的必然趋势，TBM（盾构机）作为全封闭的地下建筑制造设备，对于隧道建设具有不可替代的作用。然而，在实际工程中，复合岩层往往会给TBM施工带来较大的困难。因此，研究TBM在复合岩层施工中的滚刀破岩过程，对于提高其施工效率和降低施工风险具有重要意义。
二、研究内容和方法
1.研究内容
（1）分析复合岩层的力学性质，确定重点研究的岩性组合；
（2）利用ANSYS软件的破碎公式分析TBM滚刀在岩层中的破碎过程；
（3）设计试验验证模型，通过试验获取TBM滚刀在不同力学性质岩层中的破岩能力；
（4）针对岩性组合和机理原理，建立TBM滚刀破岩的数值模型，分析TBM滚刀破岩过程的力学特性。
2.研究方法
（1）岩性组合的分析方法：根据现场取得的岩芯资料，对复合岩层进行力学分析，选择重点研究的岩层组合。
（2）ANSYS软件分析方法：采用有限元方法，建立TBM滚刀与岩层的模型，利用ANSYS中的破碎公式分析TBM滚刀在岩层中的破碎过程。
（3）试验验证方法：设计岩石力学试验，测试TBM滚刀在不同力学性质的岩石中的破岩能力。
（4）数值模拟方法：基于试验结果和岩性组合，建立基于MATLAB的TBM滚刀破岩数值模型，分析TBM滚刀破岩过程的力学特性。
三、研究意义
本研究旨在针对TBM在复合岩层中的滚刀破岩过程进行研究，旨在通过建立数值模型，分析破岩过程的受力特点，建立高效的模拟方法，并在实际工程中进行验证。研究成果将对提高TBM在复合岩层中的施工效率，降低施工风险，促进地下空间建设起到积极的推动作用。
四、预期成果
（1）明确复合岩层的力学性质，选取重点研究的岩性组合；
（2）建立TBM滚刀与岩层的模型，利用ANSYS分析TBM滚刀在岩层中的破碎过程；
（3）设计试验验证模型，测试TBM滚刀在不同力学性质的岩石中的破岩能力；
（4）建立基于MATLAB的TBM滚刀破岩数值模型，分析TBM滚刀破岩过程的力学特性。
五、进度安排
第一年：
（1）开展文献调研，熟悉TBM滚刀破岩过程及其研究现状。
（2）开展复合岩层的力学分析，选取重点研究的岩性组合。
（3）利用ANSYS软件分析TBM滚刀在岩层中的破碎过程。
第二年：
（1）设计试验验证模型，测试TBM滚刀在不同力学性质的岩石中的破岩能力。
（2）建立基于MATLAB的TBM滚刀破岩数值模型，分析TBM滚刀破岩过程的力学特性。
第三年：
（1）总结研究成果，撰写毕业论文。
（2）参加学术会议，发表研究成果。
六、参考文献
[1]李智勇,曹文涛,宋钟峰.岩石材料深孔循环爆破试验研究及高速摄像方法[J].爆炸与冲击,2013,33(3):438-443.
[2]汪洲,冯瑜,王陶然,等.盾构机典型复合地层工程应用现状及问题分析[J].岩石力学与工程学报,2019,38(10):2035-2053.
[3]XiaChunlin,ZhangPei,ChenWeili,etal.PredictionmodelofspecificenergyforTBMcuttingrock[A].Proceedingsofthe13thInternationalConferenceonFracture[C].PekingUniversityPress,2013:2761-2769.