Effect of Cone Indenter Hardness on Specific Energy of Rock Cutting

Abstract

The effects of rock mechanics parameters on performance of various tunneling and excavation machines used in tunneling application has been an important issue in conventional, NATM, and TBM tunneling. Mechanical feature of machine performance is important for cutting specific energy and cutting parameters. Specific Energy (SE) of rock excavation depends on rock features such as uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian tensile strength (BTS) and standard cone indenter hardness (Is), as well as bit shape and size, cutterhead design, and cut geometry. In this study, impact of cone indenter hardness on SE has been examined and results of statistical analysis on laboratory data related to linear scale cutting of various rock types with different pick cutters are discussed. The results shows that there is a strong relationship between cone indenter hardness and laboratory specific energy. The cone indenter hardness results are between 0.30 MPa and 3.63 MPa. The tests were applied on weak and moderate rocks types. Based on the test results, two different prediction models were created using second order functional regression analyses.

Tünelcilik uygulamalarında kullanılan çeşitli kazı makinalarının kaya mekaniksel özelliklerine olan etkileri geleneksel, NATM ve TBM tünelciliği yöntemleri için büyük önem arz etmektedir. Makine performansının mekanik özellikleri, kesme özgül enerjisi ve kesme parametreleri açısından önem arz etmektedir. Kayaç kazısının özgül enerjisi, kesici ucların tasarımlarına, ebatlarına, ve kesme geometrilerine bağlı olduğu kadar tek eksenli basma dayanımı, Brazilian çekme dayanımı ve standart koni delici sertliği gibi kayaç özelliklerine de bağlı olabilmektedir. Bu çalışmada, koni delici sertliğinin özgül enerji üzerine etkisi ve çeşitli kayaç örnekleri için değişik ebatlarda kesici uçlarla yapılan kesme işlemlerinin istatistik modeller kurularak doğrusal kesmede etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, laboratuvar özgül enerjisi ile koni delici sertliği arasında güçlü bir ilişki olduğu gözlemlenmektedir. Yapılan testler sonucunda koni delici sertlikleri 0.30 MPa ile 3.63 MPa arasında değişmektedir. Bu çalışmada zayıf ve orta sertlikte kayaçlar üzerinde deneyler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar kullanılarak ikinci dereceden üssel fonksiyon metodu ile regresyon yöntemi uygulanarak iki farklı tahmin modeli oluşturulmuştur.