TBM双滚刀破岩过程模拟与优化设计：离散元法与结构参数影响

本文主要探讨了TBM（隧道掘进机）双滚刀在破岩过程中的作用及其刀圈结构设计的重要性。作者孙伟、郭莉、周建军和霍军周针对这一主题，利用离散元方法构建了一个三维模型，对盘形滚刀切割岩石时的破碎过程进行了深入研究。他们关注的关键点包括岩石的接触力变化、微观裂纹扩展行为以及破碎颗粒的形成规律。 研究发现，滚刀的刀刃宽度和刀刃角度对破岩过程有显著影响。具体来说，刀刃宽度的增加会导致滚刀承受的力增大以及破岩体积的提升，而刀刃角度的影响相比之下则较小。岩石的微观破坏机制以张拉破坏为主，且裂纹扩展呈现加速趋势。通过建立刀圈结构参数与破岩效率之间的映射关系，研究人员得以优化滚刀的设计，以提高破岩效率。 以17英寸滚刀为例，研究团队通过结构参数设计，确定了最优化的刀刃宽度和刀刃角度，这有助于提升TBM在复杂地质条件下的施工性能，降低能耗，同时保证隧道挖掘的稳定性和精度。 文章还提及了该研究得到了高等学校博士学科点专项科研基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）以及国家自然科学基金的资助，体现了这一领域的研究受到学术界的高度重视。此外，作者孙伟的个人背景信息也有所提及，表明他在岩石破碎机理和TBM技术方面有着丰富的研究经历。 本研究通过数值模拟和实证分析，为TBM滚刀的优化设计提供了理论依据，对于提升地下工程的施工效率和安全性具有重要意义。