摘要
影响隧道掘进机刀具在节理岩体中切削效率的因素极为复杂。为研究在不同刀具间距和掘进深度条件下隧道掘进机盘状刀具的切削性能，以花岗岩节理岩体为研究对象，采用了颗粒流代码2D离散元数值模拟方法。该数值模型设定刀具尖端角度为20°，尖端宽度为12毫米，节理间距为5毫米，节理倾角为45°，侧向围压为2.5兆帕；研究变量为刀具间距分别为60、80、100、120毫米，掘进深度则在2毫米到10毫米之间变化。通过对不同工作条件下的受力分布、节理岩体破坏模式、掘进载荷以及刀具切削效率进行了系统分析，提出了一个用于衡量切削效率的指标——“裂纹扩展比能”。基于数值模拟结果，建立了一个完整的二次多元非线性回归模型来预测切削效率。研究结果表明，当刀具间距为80毫米时，刀具的切削性能达到最佳状态，此时接触键的剪切破坏比例和切削效率同时达到最大值；而在刀具间距为60毫米和120毫米时，会出现节理破坏面未完全掘进以及切削面积较小的情况。随着刀具掘进深度的增加，接触键的剪切破坏比例持续上升，而拉伸破坏微裂纹的数量则逐渐减少。这些研究成果可为隧道掘进机盾构隧道施工参数的优化提供理论参考。
