刀具損傷類型

刀具損傷主要分為2種類型：刀具摩擦磨損和刀具斷裂損傷，刀具磨損又包括正常均勻磨損和異常磨損，其中正常均勻磨損是刀具磨損的主要形式，刀具表面受到巖土體表面及破碎顆粒的不斷擠壓摩擦，導(dǎo)致刀具表面材料的緩慢去除。正常磨損體現(xiàn)在盾構(gòu)刀具的合金磨損程度較為均勻。而異常磨損則是刀具在不均勻受力狀態(tài)下發(fā)生持續(xù)滑移時導(dǎo)致局部嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在滾刀的偏磨、弦磨，切刀刀刃崩落等。斷裂損傷是刀具在高應(yīng)力條件下受到較大塊體沖擊斷裂或受到循環(huán)應(yīng)力作用導(dǎo)致疲勞損傷的現(xiàn)象，如刀齒崩裂、刀體斷裂等。

刀具磨損分析

刀具磨損的產(chǎn)生主要是由合金刀具與巖土體相互接觸作用的結(jié)果，＊終物體表面出現(xiàn)材料損失的現(xiàn)象，其本質(zhì)是荷載反復(fù)作用下發(fā)生能量轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生能量耗散的過程。巖土體作用力對刀具做功，能量以3種形式耗散：刀具高溫?zé)崮?、刀具磨屑或斷裂、刀具動能。其中?種形式刀具動能的轉(zhuǎn)換僅針對滾刀。磨損的外在表現(xiàn)是摩擦表面或界面行為，刀具界面受荷發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生微觀裂紋或裂痕，微觀裂紋擴展產(chǎn)生磨屑或斷裂。

刀具磨損構(gòu)成

基于摩擦學(xué)理論，可將磨損機制分為磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損和擴散磨損。實際磨損過程通常不是以單一形式出現(xiàn)的，而是幾種不同的磨損形式的綜合表現(xiàn)。磨損計算方法的建立必須考慮磨損現(xiàn)象的特征，這些特征與通常的強度破壞不相同。

刀具磨損主要來源于金屬巖塊相互作用和金屬壓碎區(qū)相互作用，相應(yīng)的刀具磨損可分為直接磨損和二次磨損，直接磨損指刀具與完整巖塊相互作用時產(chǎn)生的磨損，屬于2個表面粗糙峰直接咬合引起的黏著磨損；二次磨損指夾在2個表面的破碎顆粒造成的刀具磨損，屬于磨粒磨損中的三體磨損。同時滾刀破巖過程中，二次磨損也包括與相對滾動的摩擦表面接觸形成的循環(huán)變化應(yīng)力作用下的疲勞磨損。

磨損機制中的擴散磨損主要是由于高溫度場下化學(xué)元素交互運動引起，合金刀具工作溫度相對較低，分子在界面間的交換比較緩慢，擴散磨損在刀具磨損中所占比例可以忽略，因此，刀具的磨損主要表現(xiàn)為：①巖土體中的硬質(zhì)磨粒對刀刃表面進行磨削，在刀刃表面形成犁溝，表面產(chǎn)生多次變形，＊終導(dǎo)致表面材料脫落；②硬質(zhì)磨粒被垂直荷載壓入刀刃表面產(chǎn)生塑性變形并形成黏著點，在切向荷載的作用下黏著點被剪斷，附著于硬質(zhì)顆粒表面脫落；③刀具與巖土接觸時交變接觸應(yīng)力作用下的疲勞磨損斷裂或脫落。