主梁式TBM撑靴与围岩接触分析

• 作 者: 余伟
• 出 处: 华东交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 撑靴 撑靴与围岩接触 接触仿真分析 对比分析

支撑机构是TBM连续掘进作业的关键子部件，TBM在推进过程中，支撑系统伸出撑靴将围岩撑紧，提供刀盘前进所需要的作用力，以及刀盘旋转时所需要的扭矩，撑靴是支撑机构的关键构件，分析撑靴与围岩接触有重要意义。若支撑机构设计不合理，撑靴与围岩接触易产生围岩受力不均、侧壁撑不住、撑靴支撑不稳等问题。围绕上述问题，主要开展了以下研究工作：对主梁式TBM撑靴进行力学分析，撑靴主要受支撑力、推进力以及与围岩的接触应力。将水平支撑两边撑靴看成是对称的撑靴，对撑靴上所受的支撑力进行单边求解。推进力主要由其主要掘进阻力确定，列出其各阻力求解公式，最终得出推进力。对撑靴与围岩进行接触理论分析，首先分析围岩的种类及受力特点，然后根据应力应变公式和撑靴与围岩的接触特点写出接触应力公式。对撑靴与围岩接触方式进行定义，利用有限元法分析撑靴与围岩接触，撑靴与围岩接触选取符合其接触特点的分析原理及求解方法。基于ABAQUS撑靴与围岩接触进行了以下主要工作：主面和从面的选取、接触属性和算法、网格划分以及载荷设置。然后对撑靴与围岩接触进行数值仿真模拟，得出其围岩仿真云图，从云图中归纳其各力学性能基本规律。将所得结果用MATLAB处理，绘制其各力学性能三维图及等值线图，从图中归纳其各力学性能的最大值以及取值范围。根据TBM工况以及运动学分析，得到实际的撑靴加载模型。利用ABAQUS仿真软件对撑靴与围岩完全接触进行数值仿真模拟，将分析结果用MATLAB处理，得出其接触压力、综合应力以及位移变形分布图，撑靴沟槽两边有较大的接触压力和位移变形。改变撑靴与围岩的接触面积和改变围岩的种类再对撑靴与围岩做数值仿真模拟，将其结果进行对比分析，得到不完全接触比完全接触更易造成围岩变形、破碎以及坍塌，软质岩比硬质岩更易造成屈服破坏。