基于颗粒流模型的tbm滚刀破岩过程数值模拟研究

为了研究全断面岩石掘进机（tbm）盘型滚刀的破岩机制及其影响因素，采用颗粒流方法建立了岩石与滚刀的二维数值模型，实现了对tbm滚刀破岩过程的模拟。分析表明，滚刀的破岩过程可分为冲击挤压破碎、大量微裂纹生成、张拉性主裂纹扩展3个阶段，证实了滚刀破岩的挤压-张拉破坏理论。在滚刀侵入深度相同的前提下，随着刀圈刃角以及刃宽的增加，滚刀下的压碎区也相应增大，张拉性主裂纹数目增多，滚刀的破岩能力提高；与平刃刀圈相比，楔刃刀圈的“楔块劈裂”作用更加显著，使径向裂纹扩展得更快且更深入岩石内部。tbm滚刀对强度较高或较低岩石的破坏损伤较小，而对中等强度的岩石破坏损伤最为显著。