外文翻譯--滾刀受力概述-滾刀切削模型 中文版

一、滾刀受力概述 盤形滾力三向力是研究盾構(gòu)機盤形滾刀掘進行為及預(yù)測盾構(gòu)機掘進性能的關(guān)鍵參數(shù)定義為 :乖直力為盤形滾刀所受的難直于掌子而的力 ,代表著盾構(gòu)機推進所需的推力 ；滾動力為盤形滾刀所受的平行于掌子面并與盤形滾刀運動圓形軌道相切的力 ,代表著盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)動所需的扭拒 ；側(cè)向力為盤形滾刀所受的平行于掌子面并平行于盤形滾刀軸線的力 ,代表盤形滾刀所受的偏載。三向力含義的示意圖如間所示。 盤形滾刀所受的三向力 二、盤形滾刀的破巖機理分析 經(jīng)工程實踐認為 ,單把盤型滾刀破巖是以載荷由小到大逐步 增加的方式 進行在滾刀切入巖石并形成破碎巖片由以下幾個過程組成 ,: (a)巖石產(chǎn)生彈塑性變形 ； (b)滾刀下巖石被擠壓破碎 ； (c)壓碎巖石被壓密 ,形成密實核 ,密實核成為傳力介質(zhì) ,在滾刀正下方產(chǎn)生裂紋 : (d)隨后產(chǎn)生巖片的機理主要有下面兩種理論 : 拉破壞 :拉應(yīng)力導致放射狀裂紋 ,并形成碎片 ； 剪破壞 :推剪力形成剪切面 ,產(chǎn)生巖石碎片 結(jié)合工程施工實踐 ,研究認為 ,不同的破壞理論是與巖石類型、滾刀幾何形狀及尺寸有關(guān)的剪破壞比較適合用于 V 形滾刀 ；而對于目前常使用的 CCS 滾刀 ,則以拉剪組合模式產(chǎn)生巖石碎片 ,如圖 (3 一 1)所示： 刀盤旋轉(zhuǎn)并壓入巖石的過程中 ,盤形滾刀對巖石將產(chǎn)生擠壓、剪切、拉裂等的綜合作用 ,首先在刀刃上會產(chǎn)生小塊破碎體 ,進而刀刃下的粉碎巖石被壓密形成密實核 ,隨后密實核將滾刀壓力傳遞給周圍的巖石 ,并產(chǎn)生徑向裂紋 ,其中有一條或多條裂紋向刀刃側(cè)向延伸 ,到達自由面或與相鄰裂紋交匯 ,形成巖石碎片。 圖 3 一 1CCS 滾刀破巖機理 三、盤形滾刀破巖受力模型 有關(guān)盾構(gòu)盤形滾刀的破巖力學模型的分析 ,國內(nèi)外學者進行了大量的理論和試驗研究 ,建立了各自的破巖力學模型。 Evans 認為盤形滾刀破巖過程中所需要的垂直力與滾刀壓入巖石區(qū)域時在巖石表面的投影面積成正比 ,比值即是巖石的單軸抗壓強度。 巖石的單軸抗壓強度：在單向受壓條件下，巖石單位面積所能承受破壞的極限壓力值，記做R。 R=F/A 式中 ；A 為刀具與巖石接觸的面積 ， F 為撞擊力 部分巖石單軸抗壓強度見下表 巖石名稱 抗壓強度 /Mpa 干抗壓強度 飽和抗壓強度 花崗巖 40 220 25 205 閃長巖 97.7 232 68.8 159.7 輝綠巖 118.1 272 58 245.8 玄武巖 102.7 290.5 102 192.4 石灰?guī)r 13.4 206.7 7.8 189.2 砂巖 17.5 250.8 5.7 245.5 頁巖 57 136 13.7 75.1 黏土巖 20.7 59 2.4 31.8 凝灰?guī)r 61.7 178.5 32.5 153.7 石英巖 145.1 200 50 176.8 片巖 59.6 218.9 29.5 174.1 秋三藤三朗提出的模型中垂直力的計算也是采用 Evans 公式 ,但公式中所用的盤形滾刀與巖石相互作用面積 在巖石表面的投影與其不相同 ,認為是兩條雙曲線圍成的面積。RF.Roxborough 對秋三藤三朗所提出的受力模型提除了修正意見 ,認為盤形滾刀壓入巖石的橫截面積應(yīng)該改為矩形。 垂直力： 2V h-h2h tan4F C R (3-2) 滾動力： tan4 2hF CR (3-3) 側(cè)向力： cot2VS FF (3-4) 式中： R 為滾刀半徑， h 為滾刀貫入度， 為滾刀刀刃角， c為巖石單軸抗壓強度。 密實核傳遞給周圍巖石的壓力是不均勻分布的 ,刀刃正下方最大 ,向自由面方向逐漸減小到零 ,如圖 (3 一 2)所示 在此基礎(chǔ)上 ,本文假定沿密實核圓弧邊緣 ,因此 ,壓密核邊緣任一點的徑向壓力為 : 2pp 0 圖 3 一 2 滾刀刀圈與密實核的關(guān)系 將每一點的徑向壓力沿法相和側(cè)向進行分解，可得法向壓力和側(cè)向壓力分別為 : sin2 0 PP n (3-13) c os2 0 PP L (3-14) 將 nP , LP 沿實核邊緣從 00到 900關(guān)于 進行積分，可得法向力和側(cè)向力分別為： drds inr4dr220202