增壓式脈沖水射流破巖效果評(píng)價(jià)方法及規(guī)律分析

中圖分類號(hào)：TE21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：Waterjetcanbeusedforhardrockbreaking，butitsefectisdifcultobeaccuratelycharacteried.Inthis study，a pressurized pulsed water jet testing set-up was developed toconduct granite crushing experiments，anda macro characterization method was proposed to evaluate thejet rock breaking efect using a Poissn disk sampling technique.3D scanning was carried outon the granite specimen after hedge erosion to obtain the point cloud dataof the erosion pits，andthe the point cloud data were reconstructed through the Poisson disk sampling technique.The fited surfacedepth value wastaken as the macro characterization parameter，and theinfluenceof jet pressureandtarget distanceonrock breaking efect wasanalyzed.The effctof jetpressureandtarget distanceon verticalrock breaking at fixed pointsby presurized pulsed jetunder non-submergedconditionwasanalyzed，andtheeffectofrock breaking energyparameters underjet pressure-frequencycoupling wasrevealed.Theresultsshowthatthe 3D scanning techniquecan achieve accurate and quantitative characterizationof therock breaking efectonamacroscopic scale，andthePoissondisk sampling methodcansolvetheproblemoflargediscretizationof the macroscopiccharacterizationresults.The jetpressureandthereciprocating frequencyof the piston have acouplingeffect，withthe increaseof the totalinput pressure，thejet pressreandthereciprocating frequencyofthepiston increase simultaneously，andthehigh frequency impact of the high presure pulse jetcanresult inajump increaseof the jet rock breaking parameters.The method proposed inthis study is notonlyapplicable topresurized pulsed waterjets，butcan also beextended toother jetapplications，facilitating acurateanalysisof the impactof jet parameters onrock breaking and their further optimization.

Keywords ： pressrized pulsed waterjet; hardrock；macroscopiccharacterization;three-dimensional scaning;Poisson disk sampling

水射流破巖技術(shù)因其效率高、安全環(huán)保的特點(diǎn)在油氣行業(yè)廣泛應(yīng)用[14]。增壓式脈沖水射流是一種新型射流技術(shù)，具有高效破碎硬巖能力[5-7]。破巖效果表征是研究射流破巖性能的重要手段[8-9]。利用傳統(tǒng)方法（如直尺、深度計(jì)、填砂法等）的表征結(jié)果準(zhǔn)確性不高，且可能破壞巖樣[10-11]。相比之下，三維掃描技術(shù)具有高效、快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[12-13]。楊恒林等[14]利用三維形貌掃描獲取了頁(yè)巖的裂縫體積與面積等參數(shù)，定量表征了頁(yè)巖暫堵壓裂的裂縫網(wǎng)格復(fù)雜程度；劉國(guó)磊等[15]利用三維掃描儀對(duì)劈裂的巖塊進(jìn)行掃描，準(zhǔn)確獲取了三維形態(tài)、體積、橫縱斷面面積等信息。然而，由于巖石自身具有非均質(zhì)性和各向異性[16-17]，宏觀表征參數(shù)（如破巖直徑、深度和體積等）會(huì)存在較強(qiáng)的離散性，難以準(zhǔn)確分析射流破巖性能，因此需要對(duì)三維掃描獲得的破碎坑模型做進(jìn)一步的處理。對(duì)破碎坑點(diǎn)云采樣，既能減少數(shù)據(jù)的稀疏性和不規(guī)則性，又能恢復(fù)因遮擋造成的缺失點(diǎn)[18]。泊松盤采樣是經(jīng)典的點(diǎn)云采樣算法，能夠均勻地生成隨機(jī)分布的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即能確保反映點(diǎn)云數(shù)據(jù)整體的規(guī)律性，又能免除在特定位置的失真[19]。基于此，筆者提出基于泊松盤采樣的射流破巖效果宏觀表征方法，通過(guò)對(duì)增壓式脈沖水射流沖蝕后的花崗巖試件進(jìn)行三維掃描，并利用泊松盤采樣進(jìn)行點(diǎn)云采樣，擬合得到射流破巖的曲面深度及其占比；將曲面深度作為宏觀表征參數(shù)，評(píng)價(jià)增壓式脈沖水射流破巖效果并分析射流壓力和靶距對(duì)破巖效果的影響。

增壓式脈沖水射流破巖

1.1增壓式脈沖水射流試驗(yàn)系統(tǒng)

脈沖水射流具有較高的沖蝕應(yīng)力，在破巖領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)合液壓傳動(dòng)原理，自主搭建了增壓式脈沖水射流試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、壓力采集系統(tǒng)以及增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置組成。動(dòng)力系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥和冷卻器組成。液壓泵為發(fā)生裝置提供動(dòng)力，溢流閥通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)油壓力來(lái)調(diào)節(jié)脈沖壓力。壓力采集系統(tǒng)由壓力傳感器和計(jì)算機(jī)組成。3個(gè)壓力傳感器分別用于測(cè)量進(jìn)油壓力、脈沖壓力和回油壓力，壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的采集軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄壓力。給水系統(tǒng)由水箱、進(jìn)水閥和單向閥組成。水箱置于高位，活塞回程時(shí)水箱中的水在重力作用下經(jīng)單向閥進(jìn)入增壓腔，進(jìn)水壓力取決于水箱高度。

增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置主要由活塞、增壓腔、氣腔、油腔等組成，如圖2所示。在低壓流體不斷注入下，通過(guò)換向閥的狀態(tài)切換形成對(duì)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的油液換向，活塞能夠形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并擠壓腔體中的水，升壓后的水通過(guò)噴嘴完成靜壓能向動(dòng)壓能的轉(zhuǎn)化后高速噴出。活塞往復(fù)一次，高壓水噴射一次，由于是間斷發(fā)射，射流壓力呈現(xiàn)周期性變化。活塞在輸入端的作用面積約為輸出端作用面積的2.4倍，根據(jù)液壓增壓原理，射流壓力可達(dá)到輸入壓力的5.76倍。

1.2 增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)方案

花崗巖為實(shí)際巖土領(lǐng)域中最為常見(jiàn)的硬巖材料，廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)巖石相關(guān)試驗(yàn)。本次試驗(yàn)選取重慶某采石場(chǎng)生產(chǎn)的花崗巖試件作為試驗(yàn)試件材料。試件加工為標(biāo)準(zhǔn)的 100mm×100mm×100mm 立方體，篩選出無(wú)明顯節(jié)理、缺陷及結(jié)構(gòu)面的試件作為試驗(yàn)對(duì)象，并對(duì)其物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，花崗巖密度為 2683kg/m³ ，彈性模量為 49GPa ，抗壓強(qiáng)度為 218.2MPa ，抗拉強(qiáng)度為 14.1MPa 。

為探究增壓式脈沖水射流的不同參數(shù)對(duì)花崗巖破碎效果的影響，利用控制變量法在不同的參數(shù)條件下對(duì)同一批花崗巖試件進(jìn)行試驗(yàn)。每組參數(shù)重復(fù)試驗(yàn)5次，具體參數(shù)如表1所示。

圖1增壓式脈沖水射流試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1Pressurized pulsed water jet experimental system

圖2增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of turbochargedpulse water jet generator

表1試驗(yàn)參數(shù)

Table1Experimental parameters

噴嘴內(nèi)流道結(jié)構(gòu)對(duì)射流的性能影響很大，常見(jiàn)的有圓錐型噴嘴、圓柱收斂型噴嘴、流線型噴嘴以及等變速型噴嘴[20-21]。綜合考慮性能和加工工藝，本試驗(yàn)選擇圓柱收斂型噴嘴[22]，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。對(duì)于圓柱收斂型噴嘴，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)為入口直徑 d_?1 、出口直徑 d₂ 、收縮段長(zhǎng)度 L₁ 、直線段長(zhǎng)度 L₂ 和收斂角 θ 。研究表明，直線段長(zhǎng)度取2～4倍噴嘴出口直徑較為合適，收斂角在 20^°～30^° 間較為合適[23]。具體參數(shù)設(shè)計(jì)為 d₁=7.0mm，d₂=0.5mm L₁=12.5mm，L₂=2.0mm，θ=25^°°

開(kāi)展試驗(yàn)前，為確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確，試驗(yàn)試件利用特定的裝置固定，保持在試驗(yàn)過(guò)程中始終與噴嘴垂直且中心與噴嘴處于同一軸線；壓力傳感器在室溫壓力條件下進(jìn)行校零，保證讀數(shù)準(zhǔn)確；在巖石前布置鋁制擋板，防止調(diào)節(jié)壓力過(guò)程中射流對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

圖3噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.3Schematic diagram of nozzle structure

開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)，具體試驗(yàn)參數(shù)以表1為準(zhǔn)，啟動(dòng)柱塞水泵，向增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置的增壓腔中供水；然后啟動(dòng)液壓油泵，通過(guò)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)油壓力，直至壓力采集系統(tǒng)中獲得的輸入壓力達(dá)到預(yù)定值，并穩(wěn)定30s；迅速撤掉鋁制擋板并開(kāi)始計(jì)時(shí)。預(yù)定試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)后，迅速放上鋁制擋板并降低油泵進(jìn)油壓力，關(guān)閉液壓泵站、高壓水泵，完成試驗(yàn)。

1.3 增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，進(jìn)行增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)，獲得不同參數(shù)下增壓式脈沖水射流沖擊破巖結(jié)果。如圖4所示，以 30～60MPa 條件下增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)結(jié)果為例，觀察增壓式脈沖水射流破巖結(jié)果，發(fā)現(xiàn)射流沖擊造成的破壞主要以微小的沖蝕孔以及大塊的宏觀剝離為主，差異性較大，且無(wú)明顯的規(guī)律性，難以進(jìn)行直觀統(tǒng)計(jì)。

圖4 30～60MPa 下增壓式脈沖水射流破巖效果 Fig.4Rock breaking effect of pressurized pulsed waterjetunder30-60MPa

2 破巖效果宏觀評(píng)價(jià)

三維掃描技術(shù)是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對(duì)物體空間外形結(jié)構(gòu)和色彩的掃描，將實(shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供方便快捷的手段。三維掃描技術(shù)因其測(cè)量速度快、精度高、非接觸、能直接與多種軟件接口、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使其在 CAD（computer aided design）、CAM（computer ai-ded manufacturing）等技術(shù)應(yīng)用中日益普及[24] 。

本文中使用Cronos高精度三維掃描系統(tǒng)設(shè)備（像素200萬(wàn)，掃描點(diǎn)距 0.1mm ，掃描精度 0.2mm ）對(duì)水射流破巖沖擊后的破碎坑進(jìn)行掃描，如圖5所示。獲得花崗巖試件沖擊破碎表面結(jié)果，并使用三維掃描系統(tǒng)自帶的處理軟件Optical Rev Eng2.4 進(jìn)行降噪與優(yōu)化。通過(guò)建模軟件對(duì)三維掃描系統(tǒng)中獲得的高精度多邊形網(wǎng)格進(jìn)行填充和切分，獲得不同試驗(yàn)參數(shù)條件下的增壓式脈沖水射流破碎的巖石試件的破碎坑的高精度三維模型，如圖6所示。

圖5破碎坑三維掃描示意圖

Fig.53D scanning diagram of crushing pit

圖6 30～60MPa 下破碎坑三維掃描部分結(jié)果 Fig. 6 Partial results of 3D scanning of crushing pit under 30-60MPa

以 p_i=60MPa，H=50mm，D=0.5mm，t=120 s下增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)為例，根據(jù)三維實(shí)體模型可以通過(guò)軟件直接對(duì)破碎坑的最大破壞直徑、最大破壞深度、破壞體積、破壞表面積進(jìn)行自動(dòng)測(cè)算。剔除掉因操作及其他外界干擾所造成的影響外，獲得5次試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)破巖性能數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2破巖性能參數(shù)

Table 2Parameters of lithology breaking performance

由表2可知，利用三維掃描技術(shù)對(duì)射流沖蝕后的花崗巖進(jìn)行掃描，可以實(shí)現(xiàn)破巖效果的定量表征，且表征結(jié)果精度較高。但是，同一射流參數(shù)、同一批花崗巖試件下，多次破巖試驗(yàn)的4個(gè)常用破巖性能參數(shù)都存在較強(qiáng)的離散性，僅有破壞深度的極值出現(xiàn)頻率較低。三維掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)了射流沖擊破巖效果的精確表征，但由于表征結(jié)果具有很強(qiáng)的離散性，難以反映破巖條件對(duì)破巖效果的影響規(guī)律，為了探究增壓式脈沖水射流沖擊硬巖在破碎效果上的規(guī)律，以直觀反映射流沖擊破巖性能，需要解決表征結(jié)果的離散性。此外，第二組試驗(yàn)中的破壞直徑、破壞深度、破壞體積、破壞表面積等參數(shù)明顯小于其他4組。在進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理前，該組試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為異常組略去。

3 泊松盤采樣

通過(guò)三維掃描獲得的破碎坑三維模型是由具有三維坐標(biāo)的點(diǎn)構(gòu)成的，這些點(diǎn)的集合也稱為點(diǎn)云[25]為解決宏觀表征結(jié)果離散性強(qiáng)的問(wèn)題，提出利用泊松盤采樣對(duì)破碎坑三維模型進(jìn)行處理。如圖7所示，泊松盤采樣的主要特征是保證點(diǎn)云中任意兩個(gè)點(diǎn)的距離都不會(huì)超過(guò)或低于一定的界限，能夠均勻地生成隨機(jī)分布的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即能確保反映點(diǎn)云數(shù)據(jù)整體的規(guī)律性，又能免除了在特定位置的失真。

理想的泊松盤采樣須滿足任意兩個(gè)采樣點(diǎn)直徑的距離大于給定的采樣半徑，且采樣區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)都有相同的概率被采樣[26]。如圖8所示，紅點(diǎn)為待確認(rèn)點(diǎn)，黑點(diǎn)為采樣失敗點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)為已確認(rèn)點(diǎn)。從獲得的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取中心點(diǎn) P ，以 P 為中心在一個(gè)圓環(huán)范圍（內(nèi)外半徑分別為 r 和 2r ）內(nèi)隨機(jī)采樣點(diǎn) K 個(gè)，對(duì)采樣的 K 個(gè)點(diǎn)逐一檢驗(yàn)：如果采樣點(diǎn)周圍 r 范圍內(nèi)有紅點(diǎn)或藍(lán)點(diǎn)，說(shuō)明采樣失敗，該點(diǎn)標(biāo)記為黑點(diǎn)并從原始點(diǎn)云中刪除；如果半徑 r 范圍內(nèi)沒(méi)有點(diǎn)則采樣成功，該點(diǎn)變成紅色的待確認(rèn)點(diǎn)，其周圍可能還可以進(jìn)行采樣；如果一個(gè)紅色點(diǎn)的 r～ 2r 范圍內(nèi)的點(diǎn)都是黑點(diǎn)，說(shuō)明這個(gè)點(diǎn)周圍無(wú)法生成一個(gè)滿足條件的點(diǎn)，該點(diǎn)變?yōu)榇_認(rèn)點(diǎn)，后續(xù)不再以它為圓心進(jìn)行采樣。

圖7隨機(jī)采樣和泊松盤采樣

Fig.7Random sampling and Poisson disk sampling

圖8泊松盤采樣示意圖Fig.8Poisson disk sampling diagram

如圖9所示，根據(jù)掃描設(shè)備的數(shù)據(jù)精度要求，設(shè)定泊松盤采樣最小距離半徑 r 為 0.1mm ，獲得采樣點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)中的高程坐標(biāo)等效代表破碎坑曲面上某點(diǎn)的破壞深度，由于點(diǎn)云的密度較大，每個(gè)點(diǎn)都可以認(rèn)為代表著單位面積內(nèi)的平均破壞深度。

圖9破碎坑泊松盤采樣

Fig.9Poisson disk sampling of crushing pit

以 p=60MPa，H=50mm，D=0.5mm，t=120 s下增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)為例，對(duì)曲面深度進(jìn)行簡(jiǎn)化及排序，可以獲得增壓式脈沖水射流破巖曲面深度的變化，如圖10（a）所示。基于多次試驗(yàn)結(jié)果的曲面深度的占比變化，采用二次項(xiàng)函數(shù)對(duì)擬合累積占比和曲面深度的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到擬合曲線，如圖10（b）所示。多次射流破巖試驗(yàn)的結(jié)果擬合形成新的破巖性能表征參數(shù)，即擬合曲面深度，該值反映射流破巖曲面變化趨勢(shì)。基于圖10（b）計(jì)算得到增壓式脈沖水射流破巖試驗(yàn)的最大擬合曲面深度為 6.17mm ，即射流破巖擬合最大深度為6.17mm 。通過(guò)該參數(shù)能夠擬合多次破巖試驗(yàn)數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)的離散性，準(zhǔn)確反映射流宏觀破巖性能，便于探究射流破巖規(guī)律

圖10 曲面深度占比

Fig.10Proportion of surface depth

增壓式脈沖水射流破巖規(guī)律

4.1 射流壓力

經(jīng)過(guò)離散性處理的數(shù)據(jù)直觀反映了增壓式脈沖水射流的射流壓力對(duì)硬巖破碎效果的影響規(guī)律，不同射流壓力曲面深度占比如圖11所示。

圖11（a）中擬合曲線表明，最大曲面深度隨射流壓力的升高而增大。當(dāng)壓力不高于 50MPa 時(shí)，射流破巖的最大深度約為 3.77mm ，且壓力對(duì)破巖深度影響較小；當(dāng)壓力達(dá)到 60MPa 時(shí)，破巖深度大幅上升至7.29mm ，上升幅度超過(guò)了 93.4% 。證明增壓式脈沖水射流沖擊破碎硬巖也存在著階躍效應(yīng)[27] 。

增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置在低壓流體不斷注入下，通過(guò)換向閥的狀態(tài)切換，形成對(duì)推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的油液換向，使活塞能夠形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)間歇擠壓增壓腔中的水，增壓腔內(nèi)壓力會(huì)隨之產(chǎn)生周期性變化低壓流體的輸入壓力影響活塞運(yùn)動(dòng)速度，從而影響增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置的脈沖頻率與射流壓力。如圖12所示，一方面，隨著輸入壓力的增大，射流壓力提高，試件受到的水錘壓力增大，試件表面更容易形成沖蝕坑；另一方面，脈沖頻率隨著輸入壓力的增大而提高，脈沖頻率越高，試件在單位時(shí)間內(nèi)受到更多次沖擊。在高脈沖頻率與高水錘壓力共同作用下，花崗巖試件出現(xiàn)宏觀斷裂，導(dǎo)致破碎坑曲面深度的躍升。

圖11不同射流壓力下曲面深度占比Fig.11Proportion of surface depth underdifferent jet pressures

從曲面深度的占比上看，隨著射流壓力的逐漸增加，低深度（小于 2mm ）的占比降低，而較大深度（大于 2mm ）的占比逐漸增加，表明破碎坑曲面的曲率增大。這同樣是由于高壓水射流作用下兩種破壞形式相互作用所導(dǎo)致的。脈沖射流壓力的增大導(dǎo)致水錘壓力的上升，能夠在花崗巖表面形成更深的沖蝕孔。高壓力的射流進(jìn)入沖蝕孔及花崗巖本身的缺陷中，形成水楔作用，也更容易誘導(dǎo)微小裂隙擴(kuò)展形成自由面，導(dǎo)致宏觀斷裂的出現(xiàn)。不同射流壓力曲面深度擬合系數(shù)如表3所示。

4.2 靶距

不同靶距擬合曲面深度如圖13所示。圖13（a）表明，在靶距低于 100mm 時(shí)，擬合的不同靶距下增壓式脈沖水射流破巖破碎坑曲面深度的上升趨勢(shì)與極值幾乎保持不變，表明當(dāng)靶距小于 100mm 時(shí)增壓式脈沖水射流對(duì)巖石的破巖效果幾乎恒定；在靶距為 100mm 時(shí)，曲面深度值上升速率最快，且具有最大擬合曲面深度 7.29mm 。隨著靶距的繼續(xù)增加，破巖效果迅速下降。當(dāng)靶距為 150mm 時(shí)，射流自噴嘴中射出后會(huì)與空氣相互作用，并快速發(fā)散、霧化，作用在巖石上的能量也會(huì)由于沖擊面的加大而急劇分散。這導(dǎo)致了射流對(duì)巖石的沖擊能量的不集中，難以侵入巖石的微小結(jié)構(gòu)面中，引導(dǎo)自由面的擴(kuò)展形成宏觀斷裂，因此試驗(yàn)中出現(xiàn)了大量的極小沖蝕孔的現(xiàn)象。

如圖13（b）所示，不同靶距曲面深度的占比表明靶距 150mm 時(shí)射流破巖能力最弱，此時(shí)破碎坑曲面深度低于 1mm 的占比最大。靶距 100mm 的射流破巖能力最強(qiáng)，此時(shí)小于 4mm 的破碎坑曲面深度的占比均最小，大于 6mm 的破碎坑曲面深度的占比均最大。在本文的試驗(yàn)條件下，最優(yōu)靶距為100mm 。當(dāng)靶距小于 100mm 時(shí)，射流作用于巖石表面會(huì)產(chǎn)生反濺，反濺的射流大幅度消耗初始射流具有的能量；當(dāng)靶距大于 100mm 時(shí)，發(fā)散、霧化加劇，作用在巖石上的能量也會(huì)由于沖擊面的加大而急劇分散，導(dǎo)致了射流對(duì)巖石的破壞能量的不集中，難以侵入巖石的微小結(jié)構(gòu)面中，引導(dǎo)自由面的擴(kuò)展形成宏觀斷裂[28]，因此試驗(yàn)中出現(xiàn)了大量的極小沖蝕孔的現(xiàn)象。不同靶距曲面深度擬合系數(shù)如表4所示。

圖13不同靶距擬合曲面深度 Fig.13Fitting surface depth for different targetdistances

表4不同靶距曲面深度擬合系數(shù)

Table 4 Fitting coefficients of surface depth under different target distances

5 結(jié)束語(yǔ)

提出了基于三維掃描和泊松盤采樣的射流破巖效果宏觀表征方法，即對(duì)沖蝕后的花崗巖試件進(jìn)行三維掃描，獲取沖蝕坑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過(guò)泊松盤采樣對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，將擬合得到的曲面深度作為宏觀表征參數(shù)。利用該方法評(píng)價(jià)了增壓式脈沖水射流破巖效果，結(jié)果表明增壓式脈沖水射流與高壓水射流的破巖特征相似。射流壓力越高，破巖曲面深度越大；破巖曲面深度隨靶距的增加先增大后減小，存在最優(yōu)靶距。不同的是，隨著射流壓力的增加，增壓式脈沖水射流發(fā)生裝置活塞運(yùn)動(dòng)頻率增大，單位時(shí)間內(nèi)巖體受到更多次沖擊，花崗巖試件出現(xiàn)宏觀斷裂的可能性極大增加，導(dǎo)致破碎坑破巖性能參數(shù)的躍升。

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