磨料射流破碎岩石的性能研究向文英1，2，李晓红2，卢义玉2，梁峰2（1.城市建设与环境工程学院；2.资源与环境科学学院，重庆大学400045）流特点出发，对高压磨料射流破碎岩石的机理进行了分析与。从图中可以看出，围压pe在2.8MPa时，当靶距喷嘴直径比S/d<8.3和S/d>10时，随着靶距喷嘴直径比S/d的增加，切割深度H减小，但减小的幅度不大，曲线比较平缓；当靶距喷嘴直径比在8.3　　淹没下射流冲蚀体积率与磨料浓度的变化以上现象，就其实质有两方面原因：一是由于磨料颗粒的密度比水介质大得多，且具有锋利的棱角，从而具有较强的冲蚀能力；另一方面，磨料粒子在水射流中其脉动现象较水体剧烈，由磨料微粒组成的高速粒子束对靶体物料产生高频的冲击和磨蚀作用，从而改变了射流对靶体物料的作用方式。因此，随着磨料浓度ma的增加，单位体积内的磨料颗粒数目增加，磨料水射流的冲击切割能力得到增强，切割深度H增大。相反，当颗粒数量达到一定程度时，颗粒之间碰撞增加，阻力加大，切割深度反而下降。

　　3.1磨料射射流切割岩石系统压力对切割性能的影响与切割深度的关系曲线，拟合了一条切割深度H与系统压力P的回归直线，回归方程为：其中，系数a和b分别为0.5473和-5.5120.系统压力p与切割深度H的关系磨料水射流的系统压力决定着磨料射流对岩石的冲击压力，是影响磨料水射流切割能力重要的参数。实验得出，高围压环境条件下磨料水射流切割花岗石时，存在着一个使靶体物料产生破坏的小喷射压力。当系统压力小于这个小喷射压力时，靶体物料只能产生塑性变形而几乎不被破坏；当系统压力超过这个小喷射压力时，靶体物料才产生破坏。这个使靶体物料产生明显破坏的小喷射压力称为门限压力，其与靶体物料的特性有关，并且在磨料水射流中与磨料的浓度有着密切的关系。当磨料水射流的系统压力超过了该门限压力后，切割深度H随着系统压力P的升高而呈明显的线性升高的关系。

　　3.4冲击压力与大剪应力分布观察、测量破坏的花岗石试件发现，不同靶距和磨料浓度下，切槽宽度不同，其规律为，随着靶距增加、浓度增大，切缝变宽；切槽形状上大下小，即切割深度为中间深，四周浅，并有拉伸裂纹。说明磨料射流在切割花岗石过程中，大冲击压力位于冲击中心，随径向距离增加冲击压力迅速衰减，出现拉伸破坏。同时，有效冲击范围随靶距的增大而略有增加，但切槽深度明显变浅。、为花岗石切割试件破坏应力的数值模拟结果，分别为大主应力与大剪应力的分布图。

　　中可以看出，在磨料射流冲击区，岩石处于受压状态，在冲击中心，压应力值大，随径向距lWi离的g增加，并逐渐转为拉应力et大拉应力位于冲击表面边缘某个位置。由于岩石的脆性特性，其抗拉强度远低于抗压强度，因而在水射流作用下，冲击边缘的岩体介质表面出现拉伸破坏，拉伸裂纹在水射流冲击边缘开始产生，以上计算结果与多次实验所观察到的现象是一致的。

　　大剪应力分布图为大剪应力分布规律。图中可以看出，大剪应力沿射流径向的无因次距离R/d（径向距离R与喷嘴直径d之比）的增加应力值不断减小，在约R/d=0.5处剪应力人。由于岩石的抗剪强度小于抗压强度，当其剪应力超过岩石的抗剪强度时，形成剪切裂纹，裂纹进一步向冲击接触面扩展，使碎块脱离岩石基体，从而促使了岩石的破坏。

　　4结论磨料射流中颗粒受力包括：绕流阻力、附加质量力、Basset力和升力。受多颗粒存在的影响，须采用修正的绕流阻力和附加质量力：因颗粒的旋转速度相对较小，可忽略Magnus升力，只计入Saf-man升力；对于低浓度的磨料射流，可不考虑颗粒间的碰撞作用力。

　　磨料射流中，磨粒与水体交替对岩石产生冲击作用，从而使得岩石破坏加剧。

　　在磨料射流冲击区，岩石处于受压状态，在冲击中心，压应力值大，随径向距离的增加，应力值迅速下降，并逐渐转为拉应力，大拉应力位于冲击表面边缘某个位置。

　　剪应力沿径向随距离的增加应力值不断减小，在约R/d=0.5处剪应力大。

　　综上所述，通过以上的理论分析与实验研究，从而充实了磨料射流破碎岩石的理论基础。