刀具损伤类型

刀具损伤主要分为2种类型：刀具摩擦磨损和刀具断裂损伤，刀具磨损又包括正常均匀磨损和异常磨损，其中正常均匀磨损是刀具磨损的主要形式，刀具表面受到岩土体表面及破碎颗粒的不断挤压摩擦，导致刀具表面材料的缓慢去除。正常磨损体现在盾构刀具的合金磨损程度较为均匀。而异常磨损则是刀具在不均匀受力状态下发生持续滑移时导致局部严重磨损现象，主要体现在滚刀的偏磨、弦磨，切刀刀刃崩落等。断裂损伤是刀具在高应力条件下受到较大块体冲击断裂或受到循环应力作用导致疲劳损伤的现象，如刀齿崩裂、刀体断裂等。

刀具磨损分析

刀具磨损的产生主要是由合金刀具与岩土体相互接触作用的结果，＊终物体表面出现材料损失的现象，其本质是荷载反复作用下发生能量转换并产生能量耗散的过程。岩土体作用力对刀具做功，能量以3种形式耗散：刀具高温热能、刀具磨屑或断裂、刀具动能。其中第3种形式刀具动能的转换仅针对滚刀。磨损的外在表现是摩擦表面或界面行为，刀具界面受荷发生塑性变形，产生微观裂纹或裂痕，微观裂纹扩展产生磨屑或断裂。

刀具磨损构成

基于摩擦学理论，可将磨损机制分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和扩散磨损。实际磨损过程通常不是以单一形式出现的，而是几种不同的磨损形式的综合表现。磨损计算方法的建立必须考虑磨损现象的特征，这些特征与通常的强度破坏不相同。

刀具磨损主要来源于金属岩块相互作用和金属压碎区相互作用，相应的刀具磨损可分为直接磨损和二次磨损，直接磨损指刀具与完整岩块相互作用时产生的磨损，属于2个表面粗糙峰直接咬合引起的黏着磨损；二次磨损指夹在2个表面的破碎颗粒造成的刀具磨损，属于磨粒磨损中的三体磨损。同时滚刀破岩过程中，二次磨损也包括与相对滚动的摩擦表面接触形成的循环变化应力作用下的疲劳磨损。

磨损机制中的扩散磨损主要是由于高温度场下化学元素交互运动引起，合金刀具工作温度相对较低，分子在界面间的交换比较缓慢，扩散磨损在刀具磨损中所占比例可以忽略，因此，刀具的磨损主要表现为：①岩土体中的硬质磨粒对刀刃表面进行磨削，在刀刃表面形成犁沟，表面产生多次变形，＊终导致表面材料脱落；②硬质磨粒被垂直荷载压入刀刃表面产生塑性变形并形成黏着点，在切向荷载的作用下黏着点被剪断，附着于硬质颗粒表面脱落；③刀具与岩土接触时交变接触应力作用下的疲劳磨损断裂或脱落。