非线性统一强度理论提升TBM滚刀间距设计的精准性

非线性统一强度理论对TBM滚刀间距的影响是当前隧道挖掘技术中的一个重要课题。作者王红，来自河海大学工程力学系，强调了在TBM（隧道掘进机）的设计过程中，滚刀间距的确定并非仅仅依赖于岩石种类和单轴抗压强度，这些因素只是基础考虑。实际上，岩石的复杂性，如断层、层理和节理的存在，以及它们对岩石强度的非线性影响，对于滚刀间距的选择至关重要。 TBM的滚刀间距设计通常以岩石种类为依据，单轴抗压强度作为参考，但这并不全面。文章引入了非线性统一强度准则，这是一个更为精细且考虑岩体内部结构的理论框架。这个准则考虑到了岩体的不均匀性和非线性行为，特别是在节理岩体中，剪应力与正应力的关系不再是线性的，而是由Hoek-Brown经验强度准则描述的曲线关系。参数cσ、m和s在此准则中起到了关键作用，分别反映了岩性与岩体特性的不同方面。 通过这种方法，作者能够量化分析在不同滚刀间距下（如过小导致切削荷载过大，过大则荷载不足），滚刀下方岩体的破坏情况。这对于优化TBM的刀具布置和提高施工效率具有实际意义，因为适当的滚刀间距既能保持掘进速度，又能延长刀具寿命。特别是在南水北调等大型地下工程项目中，全断面岩石掘进机的性能优化显得尤为重要。 总结来说，王红的研究旨在填补现有滚刀间距设计方法的不足，通过引入非线性统一强度理论，更准确地评估和预测不同地质条件下TBM的工作性能，从而为TBM的高效、安全运行提供科学依据。这一开创性的研究成果无疑提升了我国地下工程装备技术水平，推动了全断面岩石掘进机理论和技术的发展。