杨开新，蒋明镜,2,3,4,5，陈有亮，廖优斌

(1.上海理工大学 土木工程系,上海 200093；2.同济大学 土木工程防灾重点实验室,上海 200092；3.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092；4.同济大学 地下建筑与工程系,上海 200092；5.天津大学 建筑工程学院,天津 300072)

1 研究背景

我国地势西高东低，呈阶梯状分布，山峦叠嶂的西部发展需要建设大批穿越复杂地质构造带的隧道工程。TBM在隧道开挖过程中不可避免地会遇到复杂岩层，而TBM刀盘上的滚刀受力不均容易导致倾覆、滚刀偏磨、刀圈断裂与开裂等一系列施工问题。为了使滚刀破岩过程在灾害最小和效率最高下进行，常常需要根据不同的地质条件不断调整滚刀断面参数及运行参数，而要实现这一过程，对于复杂岩层即不同岩性下滚刀破岩机理的研究就变得尤为重要。

Evans等[1]提出了盘形滚刀与岩石的相互作用理论。Nishimatsu[2]初步分析了滚刀破岩产生碎块的过程。Yang等[3]采用一点二角度模型推导出三维复合岩层破岩理论解，系统地分析了贯入深度、滚刀转速、岩层各向异性及上软下硬复合岩层倾斜度对破岩过程中滚刀法向力、破碎方式、破碎区域大小的影响。通过对滚刀受力的预测以及岩渣的形成进行理论解析，可以初步从宏观上认识滚刀破岩机理，但却不能有效地对破岩过程中内部微观信息的发展作出描述。

离散单元法[4](Discrete element method，DEM)因其能够很好地模拟岩层破裂及大变形问题并能从微观角度揭示其破坏机制，成为了滚刀破岩机理研究常用有效的方法。……