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摘要
为了分析水射流构造自由面情况下的滚刀切割破岩特性，采用有限元模拟分析方法，建立自由面工况下滚刀破岩模型，模拟不同切宽下滚刀切割岩石动态过程，得到水射流构造自由面工况下滚刀破岩载荷、破岩状态等变化规律，并利用线性切割实验进行验证。研究结果表明：水射流构造自由面后滚刀切割过程中，岩石会产生表面和内部拉伸裂纹，且当切宽小于临界值50mm时，滚刀临近自由面侧的拉伸裂纹可以延伸到自由面，促进岩石破碎；水射流构造自由面情况下的滚刀破岩垂直载荷最大，侧向载荷最小，且合适的切宽可以显著改善滚刀受载；当滚刀能有效利用水射流构造的自由面破岩时，其破岩比能耗远低于无自由面效应下的滚刀破岩比能耗，前者仅约为后者的30%，破岩效率得到显著提高。研究结果可为水射流辅助滚刀破岩参数设计提供依据。
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