مطالعه تاثیر شکل هندسی دیسک TBM بر خردایش سنگ توسط نرم افزار PFC2D
چکیده
در این تحقیق با استفاده از کد جریان ذره دو بعدی (PFC2D) تاثیر شکل نوک برنده بر مکانیزم خردشدگی سنگ بررسی شده است. به این منظور، دو مدل عددی با مقاومت کششی متفاوت MPa 5 و MPa 25 ساخته و به ترتیب تحت تنش محصورکننده MPa5 و MPa20 قرار گرفتند. 8 برنده با اشکال هندسی متفاوت با نرخ m/s 02/0 به سطح سنگ برخورد کرده تا اینکه mm 4 در سنگ نفوذ نماید. بطور کلی 16 مدلسازی انجام شد. سنگ زیر برنده سه رفتار مکانیکی مختلف را نشان می‌دهد که عبارتند از: ناحیه شکسته شده زیر برنده، ناحیه پلاستیک دارای ترکهای موضعی زیر ناحیه شکسته شده و ناحیه الاستیک. زمانیکه مقاومت کششی سنگ MPa 5 است، تنش شکست حاصل از تیغه مقعر شکل کمترین و تعداد ترکهای ایجاد شده بیشترین است. این بدین معنی است که در سنگ با مقاومت MPa 5، شکل برنده تاثیر زیادی بر تنش شکست و وسعت شکست سنگ دارد. زمانیکه مقاومت کششی سنگ MPa 25 است، تیغه U شکل بیشترین شکست را ایجاد می‌کند ولی تنش شکست حاصل از تیغه‌ها یکسان است. این بدین معنی است که در سنگ با مقاومت MPa 25، شکل برنده تاثیری بر تنش شکست ندارد ولی وسعت شکست را کنترل می‌کند. بطور کلی تیغه مقعر شکل و U شکل با کمترین تنش مصرفی، بیشترین شکست را در سنگ با مقاومت کششی MPa 5 و MPa 25 ایجاد می‌کنند. با افزایش مقاومت کششی، تنش شکست افزایش می‌یابد مادامیکه وسعت شکست کم می‌شود.مراجع
Tarkoy, P.J. “Predicting TBM penetration rates in selected rock types,” In Proceedings, Ninth Canadian Rock Mechanics Symposium, Montreal.1973.
Graham, P.C. “Rock exploration for machine manufacturers,”In Proceedings, Symposium on exploration for rock engineering, Johannesburg, 1976, 173-180. Rotterdam: Balkema.
Bruland, A.; B. E. Johannessen; A. Lislerud; T. Movinkel; K. Myrvold; and O. Johannessen,“Hard rock tunnel boring,” Project report 1-88:].83 pp, Trondheim: Norwegian Institute of Technology. 1988.
Innaurato, N.; R. Mancini; E. Rondena; and A. Zaninetti. “Forecasting and effective TBM performances in rapid excavation of a tunnel in Italy,” In 7th Internationaler Kongress uber Felsmechanik; Berichte, Aachen, Deutschland, Bd. 2 (W. Wittke, ed.), 9135-990. Rotterdam: Balkema, 1991.
Chiaia, B, “Fracture mechanisms induced in a brittle material by a hard cutting indenter,’’ International Journal of Solids and Structure 38, 7747–7768, 2001.
Qiu-Ming Gong, Jian Zhao, Yu-Yong Jiao,“Numerical modeling of the effects of joint orientation on rock fragmentation by TBM cutters,” Underground Technology and Rock Engineering Program, Protective Technology Research Centre and School of Civil and Environmental,2005.
Q.M. Gong, Y.Y. Jiao, J. Zhao,“Numerical modelling of the effects of joint spacing on rock fragmentation by TBM cutters,” Underground Technology and Rock Engineering Program, Protective Technology Research Centre and School of Civil and Environmental, 2006.
Hongsu Ma, “Numerical study of the effect of confining stress on rock fragmentation by TBM cutters,” State Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing, 100083, PR China, 2011.
Cundall, P.A., “A Computer Model for Simulating Progressive Large Scale Movements in Blocky Rock Systems”, Proceeding of 1st Symposium of the International Society of Rock Mechanics, Nancy, France, Paper No. II-8, 1971.
Cundall P.A. and Strack, O., “A Discrete Element Model for Granular Assemblies.”Geotechnique, Vol. 29, pp. 47-65, 1979.
Cundall, P. A. and Hart, R., “Numerical modeling of discontinua”, Journal of Engineering Computations, Vol. 9, pp. 101–13, 1992.
Cook, B. K. and Jensen, R. P., “Discrete element methods: numerical modeling of discontinua”, Proceedings of the Third International Conference on Discrete Element Methods, American Society of Civil Engineers, Geotechnical Special Publication, No. 117, 2002.
ASTM, 1971. Standard method of test for splitting tensile resistance of cylindrical concrete specimens. ASTM designation C496-71.
Itasca Consulting Group Inc, “PFC2D/3D (Particle Flow Code in 2/3 Dimensions) User’s Guides” Minneapolis, MN, USA, 2004/2005.
Jian S., Peng Z., “Stress and Wear Analysis of the Disc Cutter of Rock Tunnel Boring
Machine”, The Open Mechanical Engineering Journal, 9, 721 – 725, 2015.
Ma H., Yin L., “Numerical study of the effect of confining stress on rock fragmentation by TBM cutters”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48(6) 1021- 1033, 2011.
Lunow C., Konietzky H., “Two dimensional simulation of the pressing and the cutting rock destruction”, EURO: TUN 2009 2nd International Conference on Computational Methods in Tunnelling Ruhr University Bochum, 9-11 September 2009 Aedificatio Publishers, 1-4.
Huang, H., Damjanac, B., and Detournay, E. “Normal wedge indentation in rocks with lateral confinement”. Rock Mech Rock Eng, 31(2): 81–94, 1998.
صاحب امتیاز
