基于离散元-连续介质法耦合的盾构刀具切削钢筋混凝土力学机理仿真分析

李烃; 刘波; 胡伟; 孙鹏; 黄小城

doi:10.19952/j.cnki.2096-5052.2026.01.04

隧道与地下工程灾害防治 ›› 2026, Vol. 8 ›› Issue (1) : 32 -42. DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2026.01.04

基于离散元-连续介质法耦合的盾构刀具切削钢筋混凝土力学机理仿真分析

李烃, 刘波, 胡伟, 孙鹏, 黄小城

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摘要

盾构隧道在始发接收、正穿建筑物桩基过程中，盾构刀具需切削非均质复合材料钢筋混凝土，易造成刀具崩刃、磨损、钢筋堵塞螺旋机等技术问题，进而影响隧道掘进施工效率。为探明切削过程中内部钢筋对混凝土结构破坏和刀具切削力的影响规律，采用离散元颗粒流程序与连续介质力学的耦合方法，对盾构刀具切削钢筋混凝土的动态破坏过程进行研究。标定钢筋和混凝土材料接触参数；建立盾构刀具切削钢筋混凝土的耦合仿真分析模型；分别研究C型单面刃和F型双面刃两种刀具，在不同切削深度、刀间距下，切削混凝土和钢筋混凝土切削力的变化规律。结果表明：F型刀具切削混凝土时，切深与切削力关系可采用反正切函数拟合，切削力受刀间距影响较小；切削钢筋混凝土时，切削力均值较素混凝土增加约5～7倍，F型刀具对钢筋的拉拽作用更强，但C型刀具切削力均值比F型刀具增加约21%～39%。