复合地层中TBM双滚刀破岩模拟：数值流形方法

"复合地层TBM双滚刀破岩过程数值流形模拟研究" 这篇科研论文探讨了在大型基础设施建设中，如交通、矿山和水利工程，TBM（全断面隧道掘进机）在复合地层中施工时的破岩特性。TBM在复合地层中的工作情况与在均匀岩层中显著不同，主要关注点在于如何模拟和理解双滚刀在这些复杂地质条件下的破岩行为。文章采用数值流形方法，这是一种能有效处理非连续问题的计算技术，通过引入弱不连续物理覆盖来模拟复合地层的层理结构，特别是其内部的裂隙网络。 作者提出了一种数值流形算法，用于模拟裂隙网络的扩展过程，并构建了一个数值流形模型，该模型能详细再现复合地层中滚刀破岩的动态过程。在模型中，他们对比分析了不同刀间距对双滚刀破岩的影响。研究发现，在相同的推进深度下，不同刀间距导致的应力分布呈现出明显的不对称性，硬岩区域的滚刀推力明显高于软岩，这可能导致滚刀的不均匀磨损，即滚刀偏磨现象。 当滚刀间距为100毫米时，两滚刀之间的岩片厚度达到最大值23.7毫米。若刀间距增加或减少，岩片厚度都会有所下降。此外，研究还揭示了不同刀间距对软硬不均复合地层中岩石破碎率的影响：软岩的破碎率始终高于硬岩，且软岩的破碎率随着刀间距的增加而增大；相反，硬岩的破碎率在刀间距为100毫米时达到峰值10.5%。 这些发现强调了在复合地层中，岩石的性质对TBM的安全性和破岩效率的影响大于滚刀之间的距离。这意味着在设计TBM作业策略时，必须充分考虑地质条件和滚刀配置，以优化破岩效果，减少设备磨损，确保施工安全和效率。该研究为理解和优化TBM在复合地层中的作业提供了重要的理论依据。