双轮铣槽机铣削过程及截齿入岩顺序优化研究     

肖建成  周辉  卢景景  冯春  徐福通 《岩土力学》2022,43(4):981-994

双轮铣槽机（简称“双轮铣”）是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续?非连续单元法（CDEM）,建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,对布齿系统截齿入岩顺序影响破岩性能机制进行了研究,建立了关联铣削条件下以预置相邻自由面数目为主要影响因素的入岩顺序数值概化模型。结果表明：（1）获得的铣轮铣削岩土体的铣削力与铣削深度曲线,验证了此数值模拟方法的正确性;（2）相比于完整岩体,具有单相邻预设自由面与双相邻预设自由面岩样的峰值荷载分别下降了32.5%与68.2%,破岩能耗分别下降了19.8%与56.6%;（3）布齿系统中双相邻预设自由面的截齿占总体截齿数目比值越大,布齿系统整体能耗越低,异构式布齿系统能耗低于顺序式。研究成果为完善双轮铣槽机破岩过程与布齿系统优化提供了基础。  相似文献   

水力切缝上方TBM滚刀贯入破坏机制模拟研究     

程建龙  邹清友  杨圣奇  李晓昭  梁泉  曲磊  梅炎 《岩土力学》2022,43(8):2317-2326

为了提高坚硬岩层隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）贯入度和降低滚刀受力,高压水射流辅助TBM滚刀破岩已在工业界初步应用。为了揭示水力切缝滚刀破岩机制,基于水力切缝岩石滚刀贯入试验进行了三维颗粒流模拟,研究了滚刀贯入力和贯入刚度随切缝深度的变化规律,揭示了不同切缝深度滚刀纵横剖面内的裂纹扩展和力链演化过程,分析了拉裂纹和剪裂纹随切缝深度的变化规律,明确了不同切缝岩石滚刀贯入的破坏模式和破坏机制。结果表明,第1次贯入的贯入刚度和贯入力随切缝深度的增加大致呈线性降低,第2次贯入的峰值力和贯入刚度小于第1次。而且,50～80 mm刀间距的变化对峰值贯入力的影响并不显著。随着切缝深度的增加,滚刀下方力链集中区边缘的倾角变大。由此导致破坏倾向于倾斜向下发展,当刀间距增加时,破坏由切缝一侧倾斜破坏向两切缝中间岩脊倾斜破坏转变,研究结果可为TBM滚刀与水射流布置和切缝深度的选取提供一定参考。  相似文献   

PDC钻头综合受力模型的试验研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

梁尔国  李子丰  邹德永 《岩土力学》2009,30(4):938-942

模拟钻头上的切削齿的不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态,利用PDC切削齿对多种岩样进行了切削试验,研究了切削面积、接触弧长、切削齿后倾角、岩石抗钻强度、切削齿磨损高度等因素对PDC切削齿受力的影响规律。结果表明,切削面积相同情况下切削齿受力随接触弧长、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性,幂函数和指数函数趋势变化;切削齿受力最小的后倾角在5～10°区间内。引入弧长系数、磨损高度系数,建立了PDC切削齿综合受力模型。根据力的平衡原理,推导得出完整的PDC钻头受力计算模型,为PDC钻头优化设计和合理使用提供了理论依据。  相似文献   

在复杂地层钻进物探震源孔系列钻头的研制与应用          下载免费PDF全文

刘玉民  孙艳龙  贾志勇 《探矿工程》2000,(2):25-27

在密山一带休物探震源孔,外遇地层为胶泥、沙土、风化岩、青石板及河流石等。为此研制了一系列新式钻头,包括９８ｍｍ三牙轮钻头、９８ｍｍ刮刀式ＰＤＣ钻头及１１８ｍｍ砾石流沙炮眼防卡钻头,前２种钻头现场共应用９３０口井,创造了极好的经济效益和社会效益。  相似文献   

锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究     

熊超  黄中伟  王立超  史怀忠  赫文豪  陈振良  李根生 《岩土力学》2023,(8):2432-2444

锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿,在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制,开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究,分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律,采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程,通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性,结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析,建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明,锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段,前倾角对岩石破碎过程影响较小,切削深度的影响显著;锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成,纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍;齿尖周围压应力集中,岩石发生压剪破坏,压应力区外围形成弧形条带状拉应力区,并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹;微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹,发生块体岩屑崩裂,提高破岩效率,向岩石内部扩展劣化...  相似文献   

基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标     

闫长斌  李高留  陈健  李严  杨延栋  杨风威  杨继华 《岩土力学》2023,(4):1153-1164

岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机（TBM）破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量转化角度出发,提出了一种新的TBM破岩效率评价指标。基于岩碴粒径分布规律和TBM掘进参数统计,探讨了新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数之间的关系,指出了新表面理论指标在反映岩碴破碎程度和评价TBM破岩效率方面的优势。对新表面理论指标与TBM掘进推力以及刀间距s与贯入度p的比值进行回归分析,得到了硬岩（围岩等级为Ⅱ级）和软岩（围岩等级为III级）掘进条件下的TBM最优掘进推力和s/p取值区间。研究表明：（1）新表面理论指标符合岩石破碎学原理,可准确评价TBM破岩效率。岩碴越是破碎,新表面理论指标越大,掘进能耗越高,此时TBM破岩效率相对较低。（2）新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数均具有良好的线性相关关系。岩碴越是破碎,破碎单位体积岩石的能量消耗越大,新表面理论指标越大,对应的粗糙度指数越小。软岩掘进条件下TBM掘进比能低于硬岩,而岩碴破碎程度高于硬岩。（...  相似文献   

新型仿生PDC齿高效切削机理及试验研究     

刘婧  高科  徐小健  李梦 《探矿工程》2013,40(12):5-8

利用仿生耦合理论,根据贝壳和蝼蛄等动植物的非光滑形态结构研制了一种新型的仿生PDC齿,并利用有限元软件abaqus对单个齿磨损前后的运动过程进行分析,与普通PDC齿的应力分布状态进行对比,可以看出,在同等条件下,非光滑PDC切削齿的应力大小及分布情况要明显优于普通的PDC切削齿,具有良好的碎岩效果。此外还对这2种切削齿进行了磨耗比试验,试验结果进一步证明了仿生PDC齿具有一定的优越性。  相似文献   

一种新型割管器的设计与应用          下载免费PDF全文

李占锋  张佳俐  张金来 《探矿工程》2012,39(3):27-29

在岩心钻探工程施工中,发生孔内事故在所难免,钻杆、钻具、套管被抱死或卡死的情况时有发生。通常用反丝钻杆进行处理,但无法保证在理想的位置脱开。为了继续施上的需要或从减少经济损失的角度,要使管材在需要的位置断开,使用割管器足常见的处理方法。通过工程实践,设计了一种新型割管器,不仅工作性能可靠,而且与以往使用过的其它类型割管器相比,具有结构简单、操作方便、使用范围广（最小可割内径为φ60mm的管材）、工作效率高等特点,其结构和原理具有通用性,值得推广应用。  相似文献   

In-situ Measurements of Cutter Forces on Boring Machine at Äspö Hard Rock Laboratory Part II. Characteristics of Cutter Forces and Examination of Cracks Generated     

Z. X. Zhang  S. Q. Kou  P.-A. Lindqvist 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2003,36(1):63-83

Summary By means of spectral analysis, the measured normal forces, tangential forces, and side forces acting on two button cutters on the boring machine in ?sp? Hard Rock Laboratory were analysed and the basic characteristics of the cutter forces were determined. After the measurements of the cutter forces, some rock core samples were taken from the bottom and the wall of the test borehole. These samples were cut, polished, and examined by means of a Scanning Electron Microscope (SEM). The lengths of the major cracks in the rock samples were measured, and a relation between the length of the median cracks and the relevant cutter forces was investigated. Received October 5, 2001; accepted June 25, 2002; Published online November 19, 2002  相似文献   

Experimental and Numerical Studies on Rock Breaking with TBM Tools under High Stress Confinement   总被引：3，自引：2，他引：3  

N. Innaurato  C. Oggeri  P. P. Oreste  R. Vinai 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2007,40(5):429-451

Summary The understanding of rock breaking and chipping due to the TBM cutter disks mechanism in deep tunnels is considered in this paper. The interest stems from the use of TBMs for the excavation of long Trans-Alpine tunnels. Some tests that simulate the disk cutter action at the tunnel face by means of an indenter, acting on a rock specimen are proposed. The rock specimen is confined through a flat-jack and a confinement-free area on one side of the specimen simulates the formation of a groove near the indenter, like it occurs in TBM excavation conditions. Results show a limited influence of the confinement stress versus the thrust increment required for breaking the rock between the indenter and the free side of the specimen. Numerical modelling of the cutter disk action on confined material has also been carried out in order to investigate further aspects of the fracture initiation. Also in this case the importance of the relative position between disk cutter and groove is pointed out.  相似文献