岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 2568-2580.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0892CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0892
周辉1, 2,齐资源1, 2,卢景景1, 2,肖建成1, 2
ZHOU Hui1, 2, QI Zi-yuan1, 2, LU Jing-jing1, 2, XIAO Jian-cheng1, 2
摘要: 为探究全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)双刃滚刀破岩特征与裂纹扩展机制,开展2种刃型和不同刀间距下的缩尺双刃滚刀贯入红砂岩试验与数值模拟研究,分析了双刃滚刀贯入破岩的力学响应、破坏特征及破碎效率,基于连续-非连续单元法(continuous-discontinuous element method,简称CDEM)揭示贯入破坏过程及裂纹扩展机制。结果表明:2种刃型双刃滚刀的破岩特征与力学响应显著不同,相较于双刃楔形滚刀,双刃常截面滚刀作用下的破碎坑轮廓规整,破碎坑底部起伏度小,岩石剖面少有宏观裂纹;双刃滚刀协同作用时受叠加应力场的相互影响,峰值荷载随刀间距增大呈先降后增的趋势,破碎比能耗也随刀间距增大呈先降后增的趋势,均在刀间距s =16 mm时达到最小值;在较低贯入深度下,楔形滚刀优先产生拉伸裂纹并造成局部破坏,拉伸裂纹占比显著高于常截面滚刀,常截面滚刀刀间的拉伸裂纹可更快交汇贯通,随着贯入深度增大,密实核区域的剪切裂纹持续扩展,2种滚刀的拉伸裂纹占比趋近;双刃常截面滚刀始终产生更大的损伤区及强损伤区,表明其能量集中耗散于损伤区扩大及剪切裂纹扩展。本研究可为TBM双刃滚刀刀间距与刃型的设计及选型提供参考。
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