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围压对TBM滚刀破岩影响的数值模拟研究
摘要：
本文对围压对隧道掘进时TBM（盾构机）滚刀破岩能力的影响进行了数值模拟研究。通过建立有限元模型，模拟了不同围压条件下TBM滚刀的破岩过程，探究了围压的变化对TBM破岩效果的影响。研究结果表明，随着围压的增加，TBM滚刀所需的推力和扭矩都会增加，破岩效果也会随之变好。
关键词：围压；TBM；滚刀；破岩；数值模拟
正文：
一、研究背景
TBM作为一种现代隧道掘进设备，其采用的破岩方式主要是机械破岩。在使用TBM进行隧道掘进时，滚刀是其中主要的破岩部件，其破岩效果直接影响到掘进效率和质量。而围岩的围压状态则直接影响到TBM滚刀的破岩能力，因此研究围压对TBM滚刀破岩的影响具有重要意义。
二、数值模拟方法
为研究围压对TBM滚刀破岩能力的影响，本文采用了ANSYS软件建立了TBM滚刀和围岩模型，并进行了有限元数值模拟。
首先，基于TBM滚刀结构的实际情况，建立了其三维模型。然后，在滚刀和围岩的接触面上分别设置了摩擦力和接触面间隙，以模拟滚刀在破岩过程中的接触情况。随后，通过引入vonMises准则和Mohr—Coulomb准则，对滚刀和围岩的变形和破坏进行模拟分析。最后，通过改变围压条件下TBM滚刀的推力和扭矩，模拟了不同围压条件下的破岩过程。
三、模拟结果分析
模拟结果表明，随着围压的增加，TBM滚刀所需的推力和扭矩都会增加，破岩效果也会随之变好。具体而言，在固定推力和扭矩的情况下，当围压从1MPa增加至2MPa时，相应的破岩深度也会随之增加，而岩石的破坏形态则由切削和破碎混合的形式逐渐转化为主要是破碎的形式。当围压继续增加到3MPa时，破岩深度和破碎程度会进一步增加。
四、结论
通过数值模拟研究，我们得到了以下结论：
（1）围压的变化对TBM滚刀破岩过程有着重要的影响。
（2）在固定推力和扭矩的情况下，围压的增加会使TBM滚刀的破岩效果变得更好。
（3）在较高的围压条件下，岩石的破坏主要以破碎为主。
因此，在实际隧道掘进工程中，应该根据围岩的围压情况，适当地调整TBM滚刀的推力和扭矩，以达到更好的破岩效果。
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