基于岩石节理特征的盘形滚刀刀刃角优化

为研究节理特征对岩石隧道掘进机(TBM)盘形滚刀破岩特性的影响,利用ABAQUS软件进行建模,采用修正的Dmcker-Prager岩石模型,在节理面间距为30mm,40mm,50mm,60mm,刀刃角为20°,30°,40°,50°,60°,70°,80°,90°时,分析节理间距和刀刃角破岩效率的影响,计算滚刀在不同情况下的比能耗.结果表明:选用不同的节理间距,岩石的破碎在节理面处均优于其他部分.节理间距一定时,比能耗的变化随刀刃角的不断增大呈波浪型变化.从破岩效率来看,在刀刃角为60°时,比能耗最低,TBM盘形滚刀的破碎效率最高;刀刃角一定时,随着节理间距的增大,比能耗不断增大,破岩效率降低;节理间距为30mm时,比能耗最小,破碎效率最高,最优刀刃角的大小随节理间距的增大,先缓慢减小后急剧增大;节理间距为30～46mm时,刀刃角变化不大,约为60°;节理间距为46～60mm时,最优刀刃角急剧变化,由58°升至73°.