摘要：盲井掘进机是处置坑开挖的常用设备,刀具的合理设计与布置是其高效掘进的关键。北京工业大学TBM与盾构课题组针对北山高放废物处置坑小直径盲井掘进机预选了11英寸(279 mm)双排锥齿滚刀和双排镐齿滚刀两种刀型。本研究应用两种预选刀型对北山花岗岩试样进行线性切割破岩试验,对比分析两种刀型的滚刀力、破岩比能、岩片分布、振动特征和岩下损伤特性等指标。试验结果表明:锥齿滚刀在相同贯入度下的破岩法向力和振动强度小于镐齿滚刀,锥齿滚刀破岩效率整体上更高,并且锥齿滚刀破岩产生的贯通裂纹发育也更为显著。综合比较分析认为锥齿滚刀破岩性能更优,推荐采用预选的双排锥齿滚刀进行北山处置坑小直径盲井掘进机刀盘布置。本研究还可为盲井掘进机刀盘与推进系统设计及施工运行参数优化提供参考。

摘要：我国高放废物地质处置地下试验室位于甘肃北山高强度高完整性的花岗岩地层中,其现场试验所需的高放废物处置坑拟采用小直径盲井掘进机开挖。滚刀刀圈的刃型参数直接影响盲井掘进机的破岩效率、刀具损耗等,刃型选择是亟待解决的关键问题。设计并制作了常用于小直径掘进机直径为11 in(1 in=2.54 cm)的楔刃、平刃及圆刃滚刀压头,搭建了侵入试验平台,应用上述三种压头对北山花岗岩大块岩试样进行了侵入试验,并利用声发射测试系统监测与定位岩石内部的破裂与损伤。从接触应力来看,相同贯入度下平刃和圆刃压头作用下接触应力较大。楔刃压头侵入过程中的声发射事件数最多且释放的能量最大,岩石破裂的尺度最大,竖向裂纹发育好。平刃压头破岩过程中释放的能量最小,岩石破裂的尺度最小,只在刀刃的两侧产生了少量裂纹,圆刃压头作用下产生了较长的侧向裂纹,且在岩石表面产生了岩渣。声发射三维定位结果与滚刀压头侵入后岩石内部的裂纹布置结果具有较好的一致性,尤其在圆刃压头两侧产生的与岩石表面夹角较小的径向裂纹较多,有利于滚刀相互作用产生岩片。综合以上分析结果,推荐圆刃滚刀为完整硬岩小直径处置坑开挖设备的优选滚刀刃型。

摘要：抗剪强度是缓冲/回填材料机械缓冲性能的评价指标之一。使用单轴压实法制备缓冲/回填材料大型砌块并利用钻孔取芯获得其不同位置处代表性试样,通过直剪试验测定砌块的抗剪强度。实验结果表明:取芯方法对大型砌块剪切试验结果有较大影响;总体上看试样的抗剪强度越大,其发生剪切破坏时的剪位移越小。干密度1.79 g·cm-3,含水率13.70%的1/8型扇形砌块的粘聚力为1.395 MPa,内摩擦角为26.18°。首次获得了米级尺度大型缓冲材料砌块及大型回填材料砌块的抗剪强度参数,为缓冲/回填材料的设计以及数值模拟工作提供了重要的输入条件。