进机滚刀侵入岩体Р岩石侵入加载过程可分成以下阶段:建立应力场、形成压碎区、岩石碎片的形成及出现侵入坑。在初始阶段,随着应力的增加引起岩石中已存在的微小裂隙的闭合,随后,岩石处于线弹性变形阶段,在载荷小于45%单轴强度之前,岩石很少会发生破坏,之后,当载荷继续增加,在侵入器的边缘出现圆锥形的裂纹,在侵入器底部形成压碎区。在这一阶段,岩石碎片的错动及扩张被周围原岩所限制,为了破碎岩石,载荷必须继续增加,这样造成岩石碎片的剧烈粉碎。这些岩石粉碎之后由于受到侵入器的正压力及侧向压力的限制又被重新压实。岩石碎片向内及两侧扩张,扩张的趋势造成了岩石中部及侧向产生放射状裂纹。在岩石裂隙形成过程中,侵入器逐渐侵入岩石。当侧边裂隙到达岩石表面时,侵入器底部的部分岩石及侵入器周围的岩石迅速脱离形成岩石碎片。与此同时, 贮存在岩石中的应变能转化成岩石碎片的动能。这时,作用在侵入器上的力会降低到一个较低的水平,侵入器在短时间里侵入到岩石中一定的深度。Р图1.3 TBM掘进掌子面刀辙示意Р图1.4 滚刀侵入岩体示意Р◆两滚刀之间岩石碎片形成Р上面所讨论的是单点侵入器的侵入过程。对于隧道开挖,当隧道掘进机滚刀滚过隧道工作面时,滚刀连续扩大它的压碎区,产生裂纹并使之扩展。Р当一条或更多的裂纹达到自由表面或扩展到邻近滚刀造成的裂纹时,都会形成岩石碎片,这反映了相邻两滚刀的相互作用。这个相互作用的过程受诸多因素影响,如作用的载荷、滚刀间距以及岩石的物理力学性质,已有的岩体裂隙及其特性、裂隙的方向也会影响滚刀间的相互作用。当滚刀间距过大或载荷过小,裂纹朝着自由面扩展,岩石形成较大的三角形碎片,当滚刀间距过小或载荷过大,较长但无效的裂纹向岩石内部扩展,在两滚刀之间形成凹槽。当滚刀间距、载荷与岩石的力学特性达到优化状态时,裂纹平直地向着邻近滚刀扩展。Р图1.5 TBM刀盘破岩示意Р图1.6 两滚刀之间岩石碎片形成
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