粒子射流冲击下破岩应力分析与破岩区域

由于粒子射流冲击破岩的复杂性和破岩过程的短暂性,粒子射流冲击作用下岩石的力学特性与损伤破坏研究是一个难点问题。考虑粒子射流返流的影响,基于空腔膨胀理论建立了粒子射流耦合冲击作用下的岩石应力和破岩区域的数学模型,采用数值计算和仿真模拟相互验证的研究方法,分析了粒径和射流冲击速度对单粒子射流冲击作用下岩石的应力分布和破岩区域的影响规律。针对多粒子连续射流耦合冲击破岩过程,给出了破岩区域的计算方法,采用数值计算和实验验证相结合的研究方法,得到了垂直射流和旋转射流状态下的破岩区域规律。结果表明:粒子射流耦合冲击破岩过程中,呈一定角度的旋转射流破岩区域要比垂直射流破岩区域大,粒径的增加对破岩区域影响较小,当射流冲击速度为200 m/s和粒径为1.0 mm时,8°和20°射流冲击破岩区域分别是喷嘴出口直径的1.7和1.9倍。