مدل سازی عددی برش سنگ در حفر تونل با tbm

قابلیت برآورد دقیق عملکرد یک ماشین تونل¬زنی به معنی برآورد واقعی¬تر زمان و هزینه¬های ساخت پروژه¬های تونل¬سازی خواهد بود. پیش¬بینی عملکرد ماشین¬های حفر تمام مقطع تونل (tbm) اگرچه با توجه به ابعاد آن ممکن است بزرگ مقیاس فرض شود اما به همان اندازه کوچک مقیاس و در حد اندرکنش لبه نازک یک دیسک برنده با سنگ و در نتیجه شکست سنگ و نفوذ دیسک در یک فرآیند برش است. از مهم ترین نتایج فرآیند برش سنگ، برآورد دقیق و واقعی نیروهای برش وارد بر برش-دهنده دیسکی است که می¬تواند مقدمه¬ای برای توسعه مدل¬هایی جهت پیش¬بینی عملکرد این ماشین¬ها باشد. هدف اصلی این مطالعه، برآورد دقیق و واقعی نیروهای برش وارد بر برش¬دهنده دیسکی است که در تعیین نیروی پیشران، گشتاور و توان آن¬ها مفید است. در این مطالعه، مدل¬سازی عددی فرآیند برش سنگ توسط برش¬دهنده دیسکی با استفاده از کد تجاری المان محدود abaqus مطرح شده است و جهت راستی¬آزمایی مدل، از نتایج آزمایشگاهی آزمون برش خطی بر سنگ آهک ایندیانا توسط رستمی (1997) استفاده شده است. پس از حل مدل پیشنهادی، نیروهای وارد بر مدل برش¬دهنده دیسکی در سه راستا از مدل برش خروجی گرفته شده است و میانگین هرکدام توسط کدی که در محیط نرم¬افزار matlab توسعه داده شد، محاسبه شده است. با محاسبه حجم برش خورده از سنگ که به واسطه حجم المان¬های حدف شده از مدل صورت گرفت، انرژی ویژه مدل برش نتیجه شده است. مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج آزمایشگاهی درصد خطای کمتر از 2 درصد در برآورد نیروی غلتشی و بالغ بر 20 درصد در برآورد نیروی عمودی را نشان داده است. در گام بعد، ناحیه تماس دیسک و سنگ مورد بررسی قرار گرفته است و با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی مطابقت بسیار خوبی در ناحیه توزیع فشار زیر دیسک حاصل شده است. با تغییر پارامترهای مدل، تأثیر پارامترهای برش همانند سرعت برش، عمق نفوذ و پارامترهای هندسی برش¬دهنده مطابق با دیدگاه محققین پیشین بررسی شده است و با توجه به تغییرات آن ها، اثرگذارترین پارامتر شناسایی شده است. از دیگر نتایج شبیه¬سازی عددی انجام شده، تأثیر پارامترهای هندسی دیسک بر توزیع فشار در ناحیه تماس دیسک و سنگ در فرآیند برش خطی سنگ است.