摘要：基于电学理论，热学理论和力学理论建立高压电脉冲作用下岩体破碎多物理场耦合数值模型，提出一种考虑电击穿的电-热-力耦合数值模型来揭示岩体在高压电脉冲下的破碎过程。利用随机分布模型模拟岩体中可能出现的导体矿物颗粒，综合分析电击穿过程中等离子体通道的形成规律。与现场试验进行对比，验证该数值模型的准确性。计算结果表明：击穿场强是主导等离子体通道形成的关键因素。岩体在高压电脉冲作用下的破碎过程可分为三个阶段，等离子体通道初步形成阶段，等离子体通道扩展阶段和等离子体通道形成阶段。在等离子体通道形成前，通道处的温度保持在500 K左右，应力达到10-2 MPa左右；当等离子体通道形成时，温度和应力会在短时间内剧增，温度会达到103 K，同时应力会达到10 MPa。在电脉冲持续作用下，等离子体通道处的温度和应力会持续增加。当最大应力超过岩体的临界应力强度后，岩体将发生破碎；同时通道也会继续分支扩展，更大范围的对岩体造成破坏。导体矿物颗粒会引导等离子体通道的形成，颗粒分布越密，对通道的形成越有利。脉冲电压到达峰值的时间越长，对岩体的破坏速率相对越快。数值模型的计算结果有助于加深对高压电脉冲过程中岩体破碎过程的理解。
文章目录
1 高压电脉冲破岩机理分析
1.1 高压电脉冲破岩概念模型
1.2 电场模型
1.3 温度场模型
1.4 力学场模型
1.5 各物理场之间的关系
2 数值模型的建立
2.1 几何模型的构建
2.2 岩石内部颗粒的分布
2.3 网格和容差的设置
2.4 模型计算的步骤
2.5 模型验证与讨论
3 结果与分析
3.1 高压电脉冲下岩体破碎的全过程
3.2 颗粒分布对等离子体通道形成的影响
3.3 脉冲上升时间对高压电脉冲破岩的影响
4 结 论