【摘要】：采用高壓水射流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分別進(jìn)行水壓力、射流靶距、時(shí)間等單因素影響實(shí)驗(yàn),分析這些因素對(duì)水射流沖孔效果的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著水壓力的增加,射孔深度呈線性增加;當(dāng)噴嘴直徑為1.02mm時(shí),水射流的最佳靶距為2mm;高壓水射流存在極限射流深度,在此之后,時(shí)間增加,其射流孔孔深基本不變;改變時(shí)間、靶距以及水壓力,試塊水射流孔徑基本無變化。
【圖文】：

假設(shè)射流為理想流體，射流斷面直徑為D時(shí)，高壓水以流速v垂直沖擊物體表面，當(dāng)遇到作用面后，隨即改變方向轉(zhuǎn)過90°沿徑向朝兩邊流走，且流速不變(圖1)，則射流對(duì)物體表面的理論沖擊力為:圖1高壓水射流沖擊垂直平面的過程示意F=14ρπD2v2(1)式中，F(xiàn)為射流的沖擊力，N;ρ為水的密度，kg/m3;D為噴嘴內(nèi)徑，m;v為射流速度，m/s。當(dāng)射流的沖擊力F超過物體的極限強(qiáng)度時(shí)，物體表面就會(huì)開裂，形成初始裂隙，水射流進(jìn)入裂隙空間，在水楔作用下，裂隙尖端產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，使得裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展進(jìn)而形成破裂坑。2高壓水射流沖孔實(shí)驗(yàn)方案2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由高壓泵、水射流裝置及監(jiān)控系統(tǒng)組成(圖2)。高壓泵的額定壓力為70MPa，排量為70L/min，水射流裝置的噴嘴直徑為1.02mm，監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路中的壓力及流量變化，同時(shí)在靠近管路出口處安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄管路出口處的壓力變化。圖2高壓水射流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.2試樣加工水射流試樣采用水泥砂漿試塊，由32.5號(hào)水泥和篩選后的細(xì)沙按質(zhì)量配比1∶3.5∶0.3(水泥∶沙∶水)澆筑為300mm×300mm×300mm立方體試塊。試塊澆筑成形后自然養(yǎng)護(hù)28d，減少試塊物理力學(xué)參數(shù)的離散性。水泥砂漿試樣的力學(xué)參數(shù)見表1。表1水泥砂漿試塊的物理力學(xué)參數(shù)單軸抗壓強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa黏聚力/MPa內(nèi)摩擦角/(°)斷裂韌度/(N·mm3/2)6.27470.72081.64872.544331.290013.23002.3實(shí)驗(yàn)方法高壓水射流實(shí)驗(yàn)方案見表2。采用清水進(jìn)行射流實(shí)驗(yàn)，分別改變泵注壓力、時(shí)間、射流靶距，分析3種因素對(duì)水射流沖孔效果的影響，從而確定最佳的高壓水射流施工參數(shù)。表2高壓水射流實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)編號(hào)影響因素有效(孔口)水壓力/MPa射流時(shí)間/min射流靶距/

，隨即改變方向轉(zhuǎn)過90°沿徑向朝兩邊流走，且流速不變(圖1)，則射流對(duì)物體表面的理論沖擊力為:圖1高壓水射流沖擊垂直平面的過程示意F=14ρπD2v2(1)式中，F(xiàn)為射流的沖擊力，N;ρ為水的密度，kg/m3;D為噴嘴內(nèi)徑，m;v為射流速度，m/s。當(dāng)射流的沖擊力F超過物體的極限強(qiáng)度時(shí)，物體表面就會(huì)開裂，形成初始裂隙，水射流進(jìn)入裂隙空間，在水楔作用下，裂隙尖端產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，使得裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展進(jìn)而形成破裂坑。2高壓水射流沖孔實(shí)驗(yàn)方案2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由高壓泵、水射流裝置及監(jiān)控系統(tǒng)組成(圖2)。高壓泵的額定壓力為70MPa，排量為70L/min，水射流裝置的噴嘴直徑為1.02mm，，監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路中的壓力及流量變化，同時(shí)在靠近管路出口處安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄管路出口處的壓力變化。圖2高壓水射流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.2試樣加工水射流試樣采用水泥砂漿試塊，由32.5號(hào)水泥和篩選后的細(xì)沙按質(zhì)量配比1∶3.5∶0.3(水泥∶沙∶水)澆筑為300mm×300mm×300mm立方體試塊。試塊澆筑成形后自然養(yǎng)護(hù)28d，減少試塊物理力學(xué)參數(shù)的離散性。水泥砂漿試樣的力學(xué)參數(shù)見表1。表1水泥砂漿試塊的物理力學(xué)參數(shù)單軸抗壓強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa黏聚力/MPa內(nèi)摩擦角/(°)斷裂韌度/(N·mm3/2)6.27470.72081.64872.544331.290013.23002.3實(shí)驗(yàn)方法高壓水射流實(shí)驗(yàn)方案見表2。采用清水進(jìn)行射流實(shí)驗(yàn)，分別改變泵注壓力、時(shí)間、射流靶距，分析3種因素對(duì)水射流沖孔效果的影響，從而確定最佳的高壓水射流施工參數(shù)。表2高壓水射流實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)編號(hào)影響因素有效(孔口)水壓力/MPa射流時(shí)間/min射流靶距/mm備注1射流水壓力20，30，40，50，6052共進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)2射流靶距4051，2，3，4，5，6共進(jìn)行
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院;中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：江蘇省“六大人才高峰”資助項(xiàng)目(2014-ZBZZ-007)
【分類號(hào)】：TD712.6

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本文編號(hào)：2527707