武汉岩土所隧道掘进机破岩机理试验研究取得进展

在研究隧道掘进机（TBM）破岩机理和性能预测的方法中，室内岩石贯入试验有着广泛应用。室内岩石贯入试验借助RMT试验机即可进行，不需要特殊设备，同时可以采用缩尺寸滚刀在小尺寸立方体岩石试样上进行，既简便易行又耗费较少，可同时满足工程实用性和试验经济性的要求。

近日，中国科学院武汉岩土力学研究所地下工程组研究团队通过对不同岩石试样进行缩尺寸滚刀贯入试验，在揭示TBM滚刀破岩机理、预测其破岩性能方面取得以下进展：

1.通过进行TBM滚刀多次重复贯入试验，揭示了不同贯入次数和预设贯入度下的贯入荷载、峰值荷载贯入度、岩石破碎功和压密区深度变化过程和变化规律，研究了软岩在不同贯入工况下的强度、变形性质和破坏行为。

2.针对典型软岩试样进行无侧限和有侧限条件下的TBM滚刀贯入试验，分析滚刀-岩石相互作用过程中滚刀贯入荷载变化规律、试样内部微破裂演化和表面裂纹扩展情况，研究了软岩在滚刀作用下微观损伤劣化和宏观破碎开裂全过程。

3.通过进行不同类型岩石试样无侧限和有侧限条件下的TBM滚刀贯入试验，获得完整荷载-贯入度曲线和声发射参数信息，分析了不同岩石试样的破坏过程、破坏类型和破坏模式。

上述研究成果揭示和补充了对TBM滚刀作用下岩石破坏过程和破坏机理的认识，有助于更好地布置TBM刀盘刀具并预测其掘进性能。

相关研究成果发表在Tunnelling and Underground Space Technology、《岩石力学与工程学报》和《岩土力学》等期刊上。该研究得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金重点项目等的资助。

　　图1.TBM滚刀多次重复贯入试验中贯入荷载曲线。（a）和跃进荷载曲线（b）

　　图2.泥岩试样有侧限TBM滚刀贯入试验中贯入荷载曲线。（a）和声发射定位结果（b）

　　图3.水泥砂浆试验无侧限和有侧限TBM滚刀贯入试验中贯入荷载曲线（a）和破坏形态（b）