[发明专利]一种盾构刀盘刀具分区切削性能的预测方法

权利要求书

1.一种盾构刀盘刀具分区切削性能的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：对研究区间盾构推进的环境进行考量，确定环境评估值；

步骤S2：统计该环境下盾构刀具在不同推进距离的刀具磨损量情况，每次统计的刀盘刀具磨损量分布和刀具失效分布分别符合正态分布和Weibull分布，计算公式如下所示；

其中：j表示刀盘的不同分区，i表示同一分区内不同的刀具，z_ij为某一推进距离下某分区某一刀具的磨损量，μ_j为该距离下特定刀盘区域上刀具磨损量的均值，σ_j为该距离下特定刀盘区域上刀具磨损量的方差；

其中：x为盾构的推进距离，β、λ为两个特征参数；

步骤S3：对盾构刀盘按径向进行同心圆分区，并对刀具位置进行动态微调；

步骤S4：研究刀盘上某一特定同心圆分区，统计该区域在某两次刀具磨损情况调查之间的磨损量，采用如下公式计算分区内各刀具磨损量的均值与方差；

其中：为该区域内刀具磨损量的方差，为该区域内刀具磨损量的均值，z_ij为该区域内某一刀具的磨损量，m为该区域内的刀具数量；

步骤S5：参照相关工程经验选取刀具失效阈值d，在正态分布函数中计算盾构刀盘选取研究区域在不同推进距离下的可靠度R；

其中：z_ij为某一推进距离下刀盘上某分区某一刀具的磨损量；

步骤S6：根据步骤S5中计算得到不同推进距离下分区刀具系统切削性能可靠度值，可求解分区刀具可靠度随推进距离变化的计算公式；

其中：x为盾构的推进距离，λ、β为需要求解的刀具系统切削性能可靠度随推进距离变化公式中的两个特征参数；

步骤S7：求解刀盘其他分区刀具系统切削性能可靠度随推进距离的变化公式，最终得到表征某一环境下同一刀盘不同分区不同刀具可靠度变化的函数曲线组；

其中：j表示刀盘的不同分区；

步骤S8：绘制考虑推进距离、分区刀具可靠度、环境评估值的空间直角坐标系，将刀盘各分区的可靠度函数曲线绘入坐标系；

步骤S9：收集不同工地现场刀具磨损数据并对每个现场进行环境评估，按步骤S1至步骤S8求解各类环境评估值下的刀具磨损可靠度函数组，将这一系列函数绘入空间直角坐标系，同类函数连接成面得到一曲面组；

步骤S10：针对某一现场计算其环境评估值，根据该评估值在步骤S9所绘制的曲面组中对应出相应曲线组，即可在曲线组中对应出各个推进里程下刀盘各分区的刀具系统切削性能可靠度，进而评价刀盘的切削性能；

步骤S11：对于某一具体工程，在刀盘磨损真实的失效阈值d之外再取一虚假的失效阈值d’，重复步骤S1至步骤S9分别计算刀盘各分区在d和d’下的可靠度函数曲线组；

步骤S12：对于盾构刀盘某一分区，在某推进距离下可在步骤S11中所求得的两套可靠度函数曲线组中对应出两个可靠度，将两个失效阈值及其对应的刀盘分区可靠度带入步骤S5可靠度计算公式中反解出该推进距离下研究分区刀具磨损量的均值和方差以定量表征此推进距离下的刀具磨损情况。

2.根据权利要求1所述的盾构刀盘刀具分区切削性能的预测方法，其特征在于：步骤S1中盾构推进环境评估值S采用公式如下公式进行计算；

S＝0.8S_r+0.2S_p

其中：S_r为地层磨蚀性环境评估值，S_p为盾构司机素质环境评估值。

3.根据权利要求2所述的盾构刀盘刀具分区切削性能的预测方法，其特征在于：地层磨蚀性环境评估值S_r通过岩石磨蚀性指数RAI来确定，岩石磨蚀性指数RAI计算公式如下所示：

其中：UCS为岩体无侧限单轴抗压强度，A_i为特定矿物含量，S_i为矿物的罗西瓦尔研磨硬度。