盾构刀盘与岩土交互作用规律研究

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1、盾构刀盘与岩土交互作用规律研究TheResearchonInteractionRulesofShieldCutterHeadwithGround陈龙大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识

2、到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用论玄工作成杲时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行

3、信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名：曰期:>wr年Z月/▽曰曰期：年/月j曰分类号：TH248学校代号：10150UDC：密级：学号：xx硕士学位论文盾构刀盘与岩土交互作用规律研究TheResearchonInteractionRulesofShieldCutterHeadwithGround学生姓名：xx导师及职称：xx副教授学科门类：工学专业名称：机械工程研究方向：复杂机械系统设计申请学位级别：硕士论文答辩日期：2015年6月日学位授予单位：大连交通大学摘要土压平衡盾构

4、掘进机是国家基础建设隧道施工中重要的技术装备。刀盘是盾构的关键部件，掘进过程中起到破碎岩土、过流碴土和支撑掌子面的作用。研究碴土在刀盘系统内的运动规律以及碴土对刀盘系统的动态载荷对揭示刀盘与岩土的交互作用机理、设计和优化刀盘结构具有重要的理论和现实意义。论文在国家自然科学基金项目“盾构刀盘与岩土动态交互作用机理及刀盘系统设计理论研究（E51105048）”的资助下，主要完成了一下内容：（1）以某土压平衡盾构机刀盘系统为研究对象，应用离散元软件PFC3D建立刀盘系统掘进系统的离散元仿真几何模型，根据盾构刀盘系统掘进过程中的工作原理，施加了相应的载荷边界条件和工作参数，为进

5、一步的仿真分析奠定基础。（2）以辐条式盾构刀盘为例，分别获取了掘进过程中刀盘阻力和刀盘扭矩，仿真得到的阻力值和扭矩值与理论计算的推力值和扭矩值相比对，从两方面验证仿真模型的合理性；变化刀盘转速，获取了不同时刻下刀盘内、刀盘前方和密封舱内的土颗粒位移分布；得出土颗粒的运动规律呈现周期性变化，且周期与刀盘转速有关。（3）改变刀盘开口形式，选取刀盘前方不同位置处的颗粒组，并跟踪颗粒的流动情况，经过对比得出辐条式刀盘颗粒通过率为67%，辐板式刀盘颗粒通过率为33%，辐条式优于辐板式刀盘，并对两种刀盘形式的隔板压力和刀具正压力进行对比分析。结果表明辐条式刀盘结构在综合性能上优于辐

6、板式刀盘结构。但仍然需要改进辐条式刀盘中心区域的结构；减小辐板式刀盘辐板与土颗粒的摩擦，改进刀具的布置倾角，以改善颗粒的流动。（4）在基础仿真模型参数的基础上，单独调节颗粒接触刚度、摩擦系数以及刀盘转速、推进速度和螺旋输送机转速，研究参数变化对刀盘扭矩、推力和密封舱隔板压力等宏观掘进性能指标的影响，为盾构刀盘系统结构设计和操作参数选用提供理论基础。关键词：盾构机；刀盘；离散元；运动规律；载荷IAbstractEarthpressurebalanceshieldmachineisaimportanttechnicalequipmentinthetunnnelconstru

7、ctionofnationalinfrastructure.CutterheadisanimportantcomponentofshieldmachineanditplaysamajorroletobreakrockandallowthesoiltocrossthroughandsupportthetunnelinginterfaceStudyofmovementrulesofthesoilinthecutterheadsystemandthedynamicloadsofcutterheadsystemhaveimportanttheor