外文翻译--滚刀受力概述-滚刀切削模型 中文版

一、滚刀受力概述 盘形滚力三向力是研究盾构机盘形滚刀掘进行为及预测盾构机掘进性能的关键参数定义为 :乖直力为盘形滚刀所受的难直于掌子而的力 ,代表着盾构机推进所需的推力 ；滚动力为盘形滚刀所受的平行于掌子面并与盘形滚刀运动圆形轨道相切的力 ,代表着盾构刀盘转动所需的扭拒 ；侧向力为盘形滚刀所受的平行于掌子面并平行于盘形滚刀轴线的力 ,代表盘形滚刀所受的偏载。三向力含义的示意图如间所示。 盘形滚刀所受的三向力 二、盘形滚刀的破岩机理分析 经工程实践认为 ,单把盘型滚刀破岩是以载荷由小到大逐步 增加的方式 进行在滚刀切入岩石并形成破碎岩片由以下几个过程组成 ,: (a)岩石产生弹塑性变形 ； (b)滚刀下岩石被挤压破碎 ； (c)压碎岩石被压密 ,形成密实核 ,密实核成为传力介质 ,在滚刀正下方产生裂纹 : (d)随后产生岩片的机理主要有下面两种理论 : 拉破坏 :拉应力导致放射状裂纹 ,并形成碎片 ； 剪破坏 :推剪力形成剪切面 ,产生岩石碎片 结合工程施工实践 ,研究认为 ,不同的破坏理论是与岩石类型、滚刀几何形状及尺寸有关的剪破坏比较适合用于 V 形滚刀 ；而对于目前常使用的 CCS 滚刀 ,则以拉剪组合模式产生岩石碎片 ,如图 (3 一 1)所示： 刀盘旋转并压入岩石的过程中 ,盘形滚刀对岩石将产生挤压、剪切、拉裂等的综合作用 ,首先在刀刃上会产生小块破碎体 ,进而刀刃下的粉碎岩石被压密形成密实核 ,随后密实核将滚刀压力传递给周围的岩石 ,并产生径向裂纹 ,其中有一条或多条裂纹向刀刃侧向延伸 ,到达自由面或与相邻裂纹交汇 ,形成岩石碎片。 图 3 一 1CCS 滚刀破岩机理 三、盘形滚刀破岩受力模型 有关盾构盘形滚刀的破岩力学模型的分析 ,国内外学者进行了大量的理论和试验研究 ,建立了各自的破岩力学模型。 Evans 认为盘形滚刀破岩过程中所需要的垂直力与滚刀压入岩石区域时在岩石表面的投影面积成正比 ,比值即是岩石的单轴抗压强度。 岩石的单轴抗压强度：在单向受压条件下，岩石单位面积所能承受破坏的极限压力值，记做R。 R=F/A 式中 ；A 为刀具与岩石接触的面积 ， F 为撞击力 部分岩石单轴抗压强度见下表 岩石名称 抗压强度 /Mpa 干抗压强度 饱和抗压强度 花岗岩 40 220 25 205 闪长岩 97.7 232 68.8 159.7 辉绿岩 118.1 272 58 245.8 玄武岩 102.7 290.5 102 192.4 石灰岩 13.4 206.7 7.8 189.2 砂岩 17.5 250.8 5.7 245.5 页岩 57 136 13.7 75.1 黏土岩 20.7 59 2.4 31.8 凝灰岩 61.7 178.5 32.5 153.7 石英岩 145.1 200 50 176.8 片岩 59.6 218.9 29.5 174.1 秋三藤三朗提出的模型中垂直力的计算也是采用 Evans 公式 ,但公式中所用的盘形滚刀与岩石相互作用面积 在岩石表面的投影与其不相同 ,认为是两条双曲线围成的面积。RF.Roxborough 对秋三藤三朗所提出的受力模型提除了修正意见 ,认为盘形滚刀压入岩石的横截面积应该改为矩形。 垂直力： 2V h-h2h tan4F C R (3-2) 滚动力： tan4 2hF CR (3-3) 侧向力： cot2VS FF (3-4) 式中： R 为滚刀半径， h 为滚刀贯入度， 为滚刀刀刃角， c为岩石单轴抗压强度。 密实核传递给周围岩石的压力是不均匀分布的 ,刀刃正下方最大 ,向自由面方向逐渐减小到零 ,如图 (3 一 2)所示 在此基础上 ,本文假定沿密实核圆弧边缘 ,因此 ,压密核边缘任一点的径向压力为 : 2pp 0 图 3 一 2 滚刀刀圈与密实核的关系 将每一点的径向压力沿法相和侧向进行分解，可得法向压力和侧向压力分别为 : sin2 0 PP n (3-13) c os2 0 PP L (3-14) 将 nP , LP 沿实核边缘从 00到 900关于 进行积分，可得法向力和侧向力分别为： drds inr4dr220202