隧道掘進機破岩機理試驗研究取得進展

在研究隧道掘進機（TBM）破岩機理和性能預測的方法中，室內岩石貫入試驗有著廣泛應用。室內岩石貫入試驗藉助RMT試驗機即可進行，不需要特殊設備，同時可以採用縮尺寸滾刀在小尺寸立方體岩石試樣上進行，既簡便易行又耗費較少，可同時滿足工程實用性和試驗經濟性的要求。

近日，中國科學院武漢岩土力學研究所地下工程組研究團隊通過對不同岩石試樣進行縮尺寸滾刀貫入試驗，在揭示TBM滾刀破岩機理、預測其破岩性能方面取得以下進展：

1.通過進行TBM滾刀多次重複貫入試驗，揭示了不同貫入次數和預設貫入度下的貫入荷載、峰值荷載貫入度、岩石破碎功和壓密區深度變化過程和變化規律，研究了軟岩在不同貫入工況下的強度、變形性質和破壞行為。

2.針對典型軟岩試樣進行無側限和有側限條件下的TBM滾刀貫入試驗，分析滾刀-岩石相互作用過程中滾刀貫入荷載變化規律、試樣內部微破裂演化和表面裂紋擴展情況，研究了軟岩在滾刀作用下微觀損傷劣化和宏觀破碎開裂全過程。

3.通過進行不同類型岩石試樣無側限和有側限條件下的TBM滾刀貫入試驗，獲得完整荷載-貫入度曲線和聲發射參數信息，分析了不同岩石試樣的破壞過程、破壞類型和破壞模式。

上述研究成果揭示和補充了對TBM滾刀作用下岩石破壞過程和破壞機理的認識，有助於更好地布置TBM刀盤刀具並預測其掘進性能。

相關研究成果發表在Tunnelling and Underground Space Technology、《岩石力學與工程學報》和《岩土力學》等期刊上。該研究得到了國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金重點項目等的資助。

圖1.TBM滾刀多次重複貫入試驗中貫入荷載曲線。（a）和躍進荷載曲線（b）

圖2.泥岩試樣有側限TBM滾刀貫入試驗中貫入荷載曲線。（a）和聲發射定位結果（b）

圖3.水泥砂漿試驗無側限和有側限TBM滾刀貫入試驗中貫入荷載曲線（a）和破壞形態（b）

來源：中國科學院武漢岩土力學研究所

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