全尺寸TBM岩石切割测试的三维耦合数值模型

  本工作中，基于北京工业大学的机械破岩实验平台(Gong et al., 2016)，我们建立了一个虚拟岩石切割测试平台。该虚拟平台中嵌入了一系列的数值方法，包括四维离散弹簧模型(4D-LSM)、非连续变形分析（DDA）、数值流形方法（NMM）等。基于测试平台和这些数值方法，我们建立了与实验室全尺寸岩石线性切割测试高度一致的数值模型，以数值重现物理试验的加载条件。模拟结果与试验结果非常符合。

Fig. 1. (a) Mechanical rock breakage experimental platform (Gong et al., 2016), (b) lab full-scale rock sample with a size of 1000 × 1000 × 600 mm (Yin et al., 2016), and (c) conventional uniaxial compression test (Entacher et al., 2014a).

Fig. 2. (a) The virtual TBM rock cutting test platform, (b) the coupled numerical model for the TBM disc cutting simulation, (c) the coupling between 4D-LSM and NMM, and (d) the local particle refinement scheme.

Fig. 3. Cutting forces of normal cutting determined from the experiment (Zhao et al., 2015) and numerical simulation.

Fig. 4. Dynamic fragmentation process of rock for normal cutting: (a) step 1500, (b) step 3000, (c) step 4500, (d) step 6000.