MultiFracS被应用于研究TBM滚刀破岩发表于RMRE

【最新论文】Yan C, Wang T, Zheng Y, et al. Insights into the Effect of Water Content on Mudstone Fragmentation and Cutter Force during TBM Cutter Indentation via the Combined Finite-Discrete Element Method. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2024:1-36.

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为了研究含水率对TBM滚刀贯入过程中的泥岩破碎特征和滚刀受力的影响，本文采用MultiFracS软件中的湿度扩散-断裂耦合模型考虑含水率对泥岩力学性质的软化作用。然后，通过单轴、三轴压缩和溶胀试验标定了泥岩的微观参数。随后，揭示了待进行TBM滚刀贯入测试的泥岩试样在湿度扩散过程中的含水率演化和膨胀变形特征。最后，利用该耦合模型研究了无围压和有围压条件下不同含水率泥岩在TBM滚刀贯入过程中的破坏特征和滚刀受力情况，对滚刀贯入过程中的破碎范围、刀具受力、声发射计数和裂纹数做了定量分析。结果表明：在滚刀贯入位移相同的情况下，岩石的竖向破碎范围都随着含水率的增加逐渐减小，而水平方向的破碎范围在含水率超过3%以后才会明显下降，在含水率低于3%时变化不大。滚刀法向力峰值和切向力波动范围都随着含水率的增大而减小。围压的增大降低含水率对TBM滚刀贯入过程中泥岩竖向破碎范围(Ev)的影响，同时含水率的增大也会降低围压对Ev的影响，表明围压和含水率对泥岩竖向破碎范围存在耦合作用，一个因数的增大会抑制另一个因数发挥作用。声发射和裂纹数量统计结果表明滚刀贯入过程中泥岩破坏模式以剪切破坏为主，主要表现为刀具正下方受压区域的泥岩发生大量的剪切破坏，而滚刀两侧和更深处的泥岩则发生了少量的拉伸破坏。且对于不同的围压，剪切裂纹占总裂纹的比值都随着含水率的增大而增大。此外，讨论了滚刀贯入速率对TBM滚刀贯入过程中泥岩的破碎特征和刀具受力影响。