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在我国经济及综合国力大力发展的今天,对隧道建设需求在不断增加。全断面岩石隧道掘进机(TBM)由于在工程造价、施工工期、隧(巷)道开挖、地层扰动、环境影响、施工安全等方面存在地明显优势已被隧道及地铁建设等工程广泛采用。我国疆域辽阔,在自然界中会不可避免的遇见各种各样的不良地质条件,如软硬相间的复合岩层。TBM在复合岩层中滚刀的布置并不能简单的采用均质地层的情况,因此,本文通对砂岩和花岗岩体积比4:6的复合岩层进行室内破岩试验,并利用PFC3D对其他体积比的复合岩层进行数值模拟,研究刀间距、贯入度对破岩效率的影响及最优的s/p(s:刀间距,p贯入度),研究内容及主要结论如下:(1)室内进行单轴压缩及巴西劈裂试验,测定花岗岩、砂岩的物理力学参数,并根据此参数采用试错法对PFC3D的细观参数进行了标定。(2)对砂岩、花岗岩体积比4:6的复合岩层进行5组刀间距(60mm、70mm、80mm、90mm、100mm)下3种贯入度(5mm/r、6mm/r、7mm/r)的3滚刀旋转切割试验;过程中监测破岩总法向力、总扭矩,并分别收集两种岩石的岩渣进行筛分、称重,依据试验结果得出:平均法向力、平均扭矩随刀间距、贯入度的增加而增大但两者的增加趋势不同,即平均法向力随着贯入度的增加几乎呈直线增大,而平均扭矩随着贯入度的增加其递增趋势减小;不同贯入度下存在不同的最优刀间距;刀间距与贯入度的比值为14左右时,破岩效率最高。(3)采用PFC3D建立与试验同样工况下的回转破岩,通过数据及破岩裂纹对比验证破岩程序的合理性,然后模拟砂岩切割长度占总切割长度(L_r/L)依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%的复合岩层在5种刀间距、6种贯入度下的3滚刀旋转破岩过程。通过对法向力、扭矩、比能分析得出:随着L_r/L增加,法向力、扭矩及比能逐渐减小;同一刀间距对应的最佳贯入度并不完全相同,随着L_r/L的增加最佳贯入度减小;所有L_r/L下比能都随着s/p的增加总体上呈现着先减小后增大的趋势;在不同L_r/L时最优s/p并不相同,随着L_r/L的增加最优的s/p逐渐增大;根据各L_r/L下不同s/p时比能与最优s/p时的相差百分比得出了不同s/p适用的工况。