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基于2D-FDEM的深部软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机过程数值模拟研究

TBM卡机；FDEM；挤压大变形；数值模拟；平面应变模型

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在TBM掘进隧洞中，深部软弱围岩挤压变形导致的卡机是常见的灾害事故，学者们对TBM卡机机理和卡机过程的研究多采用理论分析和数值模拟的方法。然而，在隧洞开挖后，围岩经历了弹性变形-塑性变形-破裂-块体接触-平移和翻转的过程，再加之TBM设备的支撑作用，面对如此复杂的岩石力学行为，理论分析显得力不从心；因此，数值模拟方法成为了TBM卡机过程研究的重要手段。采用有限元-离散元耦合方法(FDEM)研究深部软弱地层TBM掘进挤压大变形下的卡机全过程。首先分析了隧洞开挖二维FDEM模拟方法，在此基础上提出了网格覆盖法模拟TBM卡机过程；随后研究了在无TBM支撑效应下的裸洞围岩破裂碎胀大变形过程；最后以新疆ABH输水隧洞为例，模拟了TBM在围岩挤压大变形下的卡机全过程。研究结果为揭示TBM卡机机理和卡机过程提供了一定指导意义。