TBM破岩机理的三维FEM-SPH耦合算法

采用改进的有限元-光滑粒子流体动力学耦合（FEM-SPH）的方法，建立了TBM单滚刀和双滚刀破岩的三维数值耦合模型，研究了TBM破岩机理，研究结果表明，压碎区形成阶段，在单滚刀推力的作用下，微裂纹向下扩展形成扇形破坏区；在切向力的作用下，微裂纹向前扩展形成另一个扇形破坏区，两个扇形破坏区组成了锥形破坏区；在微裂纹形成阶段，侧向裂纹的扩展速度大于中央裂纹的扩展速度；在微裂纹扩展阶段，中央裂纹的扩展速度大于侧向裂纹的扩展速度；当滚刀向岩体的边缘滚动时，边缘部位的岩石以扇形失效；压碎区形成阶段，每个滚刀单独作用在岩石上，在每滚刀的下方形成一个锥形破坏区；在微裂纹形成阶段，由于滚刀之间的相互作用，赫兹裂纹改变扩展方向；在微裂纹扩展阶段，赫兹裂纹连接和贯通，形成岩片。