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《暨南大学》 2011年
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复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析

吴起星  
【摘要】:为适应地铁、铁路、引水等大型工程建设的盾构机需求,我国正大力开展研发、设计和制造具有自主知识产权的国产盾构机的相关工作,掌握盾构机刀盘与围岩的相互作用机理一直是我国盾构行业亟待解决的重要课题。盾构刀盘与围岩的相互作用涉及盘形滚刀破岩力计算,其是确定盾构推力的主要参数,也是计算盾构其它参数的基础。基于上述背景,本文运用量纲分析基本理论进行了盾构机盘形滚刀破岩力学分析及刀盘在复合地层中的受力研究。 本文的研究成果和主要内容如下: (1)建立了在固定坐标系中盘形滚刀刃工作点的运动方程,运用量纲理论研究了盘形滚刀法向破岩力问题,得到考虑较全因素的法向破岩力计算函数形式,并基于滚刀线性切割试验数据确定了17"盘形滚刀法向破岩力的经验统计回归公式。同时,在分析盾构荷载的基础上,提出了由盾构机现场掘进总推力反算滚刀法向破岩力的方法与步骤。 (2)运用量纲理论研究了盾壳顶部垂直围岩压力问题,得到基于量纲分析的垂直围岩压力计算函数形式,并基于围岩压力量测数据确定了针对Ⅳ类围岩和Ⅴ类围岩的垂直围岩压力计算公式。 (3)针对上软下硬典型复合地层的特点,建立了隧道断面圆软层面积比模型,运用量纲理论对上软下硬复合地层中盾构刀盘受力问题进行了参量分析,建立起刀盘倾覆力矩和不平衡力计算的无量纲函数形式。 (4)在盘形滚刀破岩力计算研究基础上,建立了盾构机在上软下硬典型复合地层中掘进时刀盘受力计算相关公式,并采用C语言编制了相应的刀盘受力计算分析程序,对盾构机在上软下硬典型不同组合的复合地层中掘进进行了刀盘受力仿真计算,获得盾构机在复合地层中掘进的一些规律与经验。 (5)运用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,对盘形滚刀破岩过程进行了有限元仿真,分析了盘形滚刀破岩过程的运动特征、受力变化及岩石破碎过程,得到盘形滚刀与岩石的接触压力分布函数;对刀盘掘进初始侵岩过程进行了有限元仿真,得到刀盘初始侵岩过程有效推力的变化规律及岩体破坏特点。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U455.3

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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2 刘泉声;时凯;朱元广;黄兴;;TBM盘形滚刀破岩力计算模型研究[J];煤炭学报;2013年07期
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4 霍军周;杨静;孙伟;李庆宇;;不同模式下TBM刀群三维回转切削仿真与优化设计[J];哈尔滨工程大学学报;2014年11期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘志杰;岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究[D];大连理工大学;2009年
2 张照煌;全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命管理理论及技术研究[D];华北电力大学(北京);2008年
3 李宏安;砂—粘复合地层土压平衡盾构隧道开挖面稳定性研究[D];中国地质大学(北京);2013年
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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7 李锐;;硬岩地层盾构机掘进技术探讨[A];第二届隧道掘进机(盾构、TBM)专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会论文集[C];2011年
8 齐明山;徐正良;沈国红;宁佐利;;盾构施工引起的深层位移场分布规律研究[A];2010城市轨道交通关键技术论坛论文集[C];2010年
9 吕瑞虎;王光辉;;盾构刀具磨损规律及减耐磨措施研究现状分析[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年
10 杨秀权;;复杂地质盾构隧道安全管理与风险防范对策[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡胜利 乔世珊;盾构机在我国的应用前景[N];中国水利报;2000年
2 本报记者 邓新灵 通讯员 常青 王伟;投身盾构事业 铸就地铁辉煌[N];广东建设报;2006年
3 江陈、见习记者 叶磊;“桥式盾构”造就“华东第一顶”[N];江西日报;2006年
4 宋洋;铁军铸就盾构魂[N];石油管道报;2007年
5 杜一鸣 通讯员 赵文越;韶山一号正式盾构[N];沈阳日报;2007年
6 宋洋;管道四公司盾构“三箭”齐发稳步推进[N];石油管道报;2007年
7 记者 罗源源;盾构机使用创新 用“刀”的学问[N];首都建设报;2011年
8 记者 刘德联 张勇 刘新红 通讯员 杜振珂 张翀;世界最大直径单洞双层盾构隧道建成通车[N];中国铁道建筑报;2014年
9 本报通讯员 靳玉东 段宏杰 宋世斌;引领我国盾构产业化发展[N];人民铁道;2013年
10 记者 林培军甄俊华 特约记者 黄征;四公司第三次盾构长江告捷[N];石油管道报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 郭信君;盾构隧道混凝土管片构件抗火性能试验及模拟分析研究[D];中南大学;2013年
2 王飞;盾构直接掘削大直径钢筋混凝土群桩研究[D];北京交通大学;2014年
3 吴起星;复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析[D];暨南大学;2011年
4 张茜;盾构装备掘进中的力学特征分析与载荷建模[D];天津大学;2012年
5 谢敬华;盾构液压系统流固耦合长管道效应研究[D];中南大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 毕小伟;盾构机位姿测量系统的关键技术研究[D];上海交通大学;2010年
2 刘维;盾构机推进系统故障预测研究[D];南京理工大学;2014年
3 蔡海洋;盾构姿态测量系统误差分析及补偿[D];华中科技大学;2009年
4 吴琳;盾构用单斗液压挖掘装置强度与模态分析[D];吉林大学;2012年
5 王雪;盾构机试验台控制系统的设计与研究[D];青岛科技大学;2010年
6 张敬宇;铁路水下隧道大直径盾构施工风险分析与策略[D];中南大学;2013年
7 刘春光;一种新型开敞式盾构机挖掘装置主参数设计及运动学仿真[D];大连理工大学;2013年
8 陈沛;盾构机刀盘驱动大轴承设计研究[D];西南交通大学;2010年
9 冯欢欢;盾构实验台液压推进系统的设计与控制理论研究[D];西南交通大学;2012年
10 黄廷;盾构隧道超深基坑设计方案研究[D];浙江大学;2012年
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