节理倾角对岩石隧道掘进机破岩特性影响的数值研究

为研究节理特征对岩石隧道掘进机（TBM）盘形滚刀破岩特性的影响，采用颗粒离散元法（PFC）建立了不同节理倾角下双滚刀破岩模型并进行数值仿真，研究不同节理倾角对应的岩石破碎模式、裂纹数目和破岩比能。结果表明:（1）倾斜节理的存在改变了裂纹扩展规律，裂纹呈现不对称性扩展模式。节理的存在改变了裂纹的延伸方向，限制主裂纹向下扩展。节理倾角越大，对主裂纹的萌生与扩展起到的阻碍作用越明显。节理倾角较小时，裂纹沿节理倾向延伸，有利于双滚刀间裂隙的贯通，有利于岩石碎屑的剥落；（2）节理倾角对剪切裂纹的影响较小，主要影响拉裂纹数目。总裂纹数随节理倾角的增大先增大后减小，当节理倾角为30°时达到最大。从滚刀破岩效率来看，节理岩体存在一个最优节理倾角。当节理倾角在30°附近时，破岩比能最小，破岩效率最高。基于颗粒离散元法PFC2D可以较好地模拟节理岩体双滚刀破岩过程，弥补室内试验无法进行细观特性研究的缺陷。