激光辅助破岩

激光技术因其聚能效果极佳，能够快速高效地破碎硬岩，在深部钻井和隧道掘进工程中具有广阔的应用前景。然而，目前尚缺乏合适的试验方法和数值工具来定量化评价激光辐射对岩石损伤的影响。因此，本工作旨在为定量化研究激光辐照对岩石损伤的影响提供一种可靠的试验测定方法和数值仿真工具。利用专门设计的激光致损岩石试验平台，我们对狗骨头形状的岩样进行了直接拉伸试验，以定量化确定在不同激光辐照参数下岩石的损伤程度。试验结果表明，高能激光束可以引起岩石抗拉强度的显著降低。然后，通过建立描述激光扫描路径下岩石损伤的时空演化模型，并移植入四维晶格弹簧模型（4D-LSM），从而模拟对应的试验，标定激光致损岩石的模型参数。通过数值模拟与试验结果的比较，证明了多参数损伤模型更适合于激光致损岩石的数值模拟。最后，通过引入激光损伤模型，耦合非连续变形分析方法（DDA），采用正交试验设计，分析了在激光辅助刀盘切割岩石中不同因素对岩石破碎效率和刀具磨损的影响，表明我们所提出的模型有望在未来激光辅助TBM隧道掘进工程得以应用。

参考文献：

Rui F, Zhao GF, 2021. Experimental and numerical investigation of laser-induced rock damage and the implications for laser-assisted rock cutting. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 139, 104653.