柳培蕾 杨世强 白乐乐 李 卓 李德信

西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安，710048

0 引言

滚刀磨损是盾构机施工过程中的一个重要问题，滚刀磨损量的计算基本是基于工程或试验现场的施工参数[1]，如贯入度、刀间距、掘进机掘进速度以及滚刀破岩单位体积耗能等。滚刀磨损是滚刀在重载作用下的持续损伤过程，工程中刀圈磨损形式随时间、工况和地质的变化而变化，往往是多种磨损形式并存，磨损形式主要为磨料磨损和疲劳磨损[2]，但通常是一种磨损形式起主导作用。大量研究表明，盘形滚刀刀圈磨损的主要机理为磨料磨损，该磨损分为塑性变形和脆性断裂两种磨损去除机制[3]。

磨损是涉及材料、几何尺寸以及接触等非线性的复杂动态过程。不同的工程、施工方法和地质环境都会使隧道有所差异，致使刀具磨损情况不同。赵战欣[4]通过分析秦岭隧道施工数据，定性地研究了掘进距离、刀具位置和地质参数对刀具磨损的影响，得出滚刀磨损量与掘进距离线性相关，刀具位置对滚刀磨损有较大影响，且刀圈磨损速度与地质因素有较大关系的结论。岩石材料一般具有各向异性和非均质等性质，围岩磨蚀性通常通过试验或经验得出[5]。

本文为了准确计算盘形滚刀磨损量，首先求解破岩弧长和基于CSM(Colorado school of mines)模型的破岩力，对磨损机理进行分析；然后建立了基于塑性与脆性断裂去除机制的磨损模型，采用粒子群算法对磨损占比进行优化；……