[发明专利]一种TBM滚刀动静加载线切割试验台

说明书

本发明一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，包括激振器、活动横梁固定栓、垂向位置调节紧固装置Ⅱ等装置；过渡连接支座上端固接活动横梁I，其下端的导向柱连接滚刀安装座Ⅱ上端的导向孔；活动横梁Ⅱ布置在过渡连接支座和滚刀安装座Ⅱ之间，其两端穿过立柱Ⅱ上的矩形导槽与活动横梁固定栓固接；激振器固接在活动横梁Ⅱ上，其冲击激振元件可用于向滚刀安装座Ⅱ施加垂向动载荷；垂向位置调节紧固装置Ⅱ包括：螺纹杆、凸台Ⅰ、凸台Ⅱ；螺纹杆活动地穿过活动横梁固定栓与立柱Ⅱ上的所述凸台Ⅰ和所述凸台Ⅱ固接；采用螺母调节活动横梁固定栓在螺纹杆上位置；本发明的其他技术特征与现有TBM标准线切割试验台相同。本发明能开展动静加载条件下单刀破岩试验。

技术领域

本实用新型属于地下空间工程领域，涉及一种破岩刀具动静加载线切割试验台，尤其涉及一种在现有TBM(全断面硬岩掘进机)滚刀(盘形滚刀)标准线切割试验台基础上改造获得的TBM滚刀动静加载线切割试验台。

背景技术

二十一世纪，我国进入工程建设大发展时代。TBM(全断面硬岩掘进机)凭借高效、环保、自动化程度高、地质适应性强、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降等诸多优点在水利、交通、能源、国防等一大批关键地下空间工程项目中得到了广泛应用。据预测，仅国内各主要城市对TBM的需求就达200多台，加上其他行业的需求，预计未来5年产业价值将高达500亿。

面对如此巨大的TBM市场需求，近年来国内各大高校和科研院所加大了对TBM相关设计、制备及应用等技术领域的研究投入和力度；其中，借助TBM标准线切割试验台(LinearCutting Machine)开展滚刀滚压破岩试验研究是模拟TBM掘进过程和设计TBM关键部件的重要途径和手段。

中南大学的赵伏军(参考文献：动静载荷耦合作用下岩石破碎理论及试验研究)利用理论及实验对PDC刀具动、静载荷作用下破岩进行了研究，得到相关PDC刀具破岩的断裂损伤判据；同时，澳大利亚纽卡斯尔大学的Wang等人(参考文献：Numerical simulation ofthe rock fragmentation process induced by two drill bits subjected to staticand dynamic(impact)loading)利用数值模拟对单一动载荷作用下双刀头破岩进行研究；中南大学的刘杰等人(参考文献：TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟)采用颗粒流软件建立动、静载荷组合破岩数值模型，从微观裂纹发育与宏观损伤断裂角度出发，研究动、静载荷作用下单滚刀破岩特性，其研究结果表明：在不同频率及速度振幅动、静载荷作用下，TBM滚刀切削扩展模型与钝刀切削扩展模型相类似，主要差异体现在密实核与损伤区域面积和宏观裂纹发育之上；在多数情况下，动、静组合加载有利于剪切微裂纹的发育而不利于张拉微裂纹发育。可见，动静耦合加载方式有助于提高破岩效率，改善刀具综合切削性能。

然而，由于现有TBM标准线切割试验台模拟破岩形式的局限性(仅在形式上模拟了单刀静载荷情况下直线式滚压破岩过程)，尤其是现有TBM标准线切割试验台所用滚刀加载装置功能的局限性(破岩时仅对滚刀施加静载荷，但不能施加动载荷或动静耦合载荷)，故无法更为真实地模拟出实际掘进工况下TBM滚刀破岩过程，也无法开展考虑动静加载下的单刀滚压破岩试验。目前，有关TBM滚刀动静耦合载荷作用下破岩机理的试验研究报道很少。