中文摘要：

本项研究采用数值模拟和实验研究相结合的研究方法，对高压水射流作用下岩石的破碎机理与过程进行了较为系统的研究，并进行了实际应用探索。通过对高压水射流破岩试验、岩石内孔隙流体的运动规律以及水射流破岩过程中能量分布变化规律的分析，建立了一种新的水射流破岩学说，即水射流破岩过程中射流和岩石的相互作用以界面耦合为主，水射流的冲击载荷在岩石内产生的应力波和射流准静态压力共同作用使得岩石破碎，其中应力波的作用占主导地位。基于这种学说，运用连续介质损伤力学和细观损伤力学理论，建立了适用于水射流破岩全过程分析的岩石动态损伤模型以及岩石宏观损伤和细观损伤的耦合模式，进而运用连续介质力学和有限元理论，形成了水射流破岩机理和过程的数值模拟方法。运用形成的研究方法，系统研究了连续水射流、脉冲水射流和旋转水射流破岩机理和过程，分析了岩石非均质性对破岩过程的影响，研究结果得到了实验结果的系统验证和支持，证明了所建立的高压水射流破岩理论分析体系的合理性。结合石油钻井工程实际，研制了高效旋转射流水力钻头和脉冲射流辅助钻井工具，经现场应用检验，效果显著。研究成果为水射流破岩系统理论的建立奠定了基础。