高压水射流破岩：能量耗散与释放机制分析

"高压水射流破岩能量耗散与释放机制" 本文主要探讨了高压水射流在岩石破碎过程中的能量耗散与释放机制，这是一种针对行业研究的重要课题，特别是对于矿业、隧道工程以及地质灾害防治等领域具有重要意义。研究者通过对高压水射流破岩的理论分析和实验研究，揭示了其内在的物理过程。 传统的高压水射流破岩准则通常基于应力-应变关系，但这种准则的精确性受限于对屈服应力的表述，无法精确地计算出破岩参数。相比之下，从能量角度建立的岩石强度理论更具普遍性和准确性。文章中，研究人员深入研究了高压水射流的能量耗散和释放机制，首先分析了自由射流段的速度分布特性，区分了等速核区和射流边界层扩展区的动能，并据此建立了不同距离下射流动能的计算模型。 高压水射流在冲击岩石时，其能量主要表现为两方面：一是形成冲蚀坑，导致岩体表面的局部破坏；二是能量耗散在剪切面的扩展和滑动上，这会引发岩体内储存的弹性势能的释放，从而造成整体体积的破坏。为了更准确地描述这一过程，研究者引入了岩石的统一能量屈服准则，构建了高压水射流破岩的能量准则。 实验部分，研究团队利用砂岩、灰岩和花岗岩的单轴压缩应力-应变曲线获取了这三种岩石的材料参数，进一步计算了它们的剪切应变能和体积应变能，以此确定了射流破岩的临界速度。通过对高压水射流冲击破岩实验结果的分析，他们修正了考虑喷嘴流量系数的破岩能量准则，使得计算出的射流破岩速度更为精确。实验结果和岩石破坏形态表明，从能量角度研究破岩机理更符合实际。 总结来说，这项研究为理解和优化高压水射流破岩技术提供了理论基础，对于提高破岩效率和减少能源消耗具有指导意义。通过深入理解能量耗散和释放的过程，可以更好地设计和控制水射流参数，从而实现对岩石的高效破碎，对于提升采矿、隧道开挖等工程的作业效率具有重大价值。