Numerical study on rock fragmentation by TBM disc cutter

TBM 디스크 커터의 암석절삭에 관한 수치해석적 연구

A series of numerical experiments were carried out to simulate the rock cutting behavior by TBM disc cutter in a given took condition. AUTODYN-3D, a commercial program capable of simulating three-dimensional dynamic failure, was utilized to carry out the numerical tests over four different disc cutter spacing conditions. After modelling three-dimensional geometries of disc cutter and rock specimen, the linear cutting tests by a disc cutter were simulated for eight different types of rocks. The numerical result, that is the optimum cutter spacing for isotropic rocks had the good agreements with those from linear cutting test. However, for relatively anisotropic or jointed rocks, the specific energy obtained from the numerical tests was almost two-times bigger than the real linear cutting results. Therefore, to simulate cutting procedures for anisotropic rocks realistically, further studies would be necessary.

본 연구에서는 TBM 디스크 커터의 암석절삭에 관하여 기존의 LCM시험을 모사하기 위한 수치해석을 실시하였다. 수치모사를 위하여 3차원 동적 파괴해석이 가능한 상용 프로그램인 AUTODYN-3D를 선정하였으며, 이를 통하여 각기 다른 4가지 이상의 커터간격 조건에 대해 수치해석을 수행하였다. 상기 프로그램 상에서 디스크 커터와 암석 시편을 3차원 형상으로 모델링 한 후, 8개 암종에 대해서 수치적 절삭시험을 진행하였다. 그 결과, 수치해석과 LCM시험에서 도출된 최적 커터간격은 대체로 일치하여, 추후 LCM시험결과를 보완할 수 있을 것으로 판단되었다. 그러나 등방성 암석에는 적용성이 매우 높았던 반면, 절리가 존재하거나 이방성을 가지는 암석의 경우에는 LCM시험결과와 비교하여 비에너지가 다소 크게 산출되었다. 따라서 이방성 암석의 모델링에 대한 추가적인 연구가 수반되어야 할 것으로 판단된다.