张 程，赵大军，张书磊，周 宇

（1.吉林大学建设工程学院，吉林 长春130026；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州450003）

0 引言

随着地下资源开采以及工程建设深度的不断增加，硬岩地层钻进频率激增，硬岩钻进难题日益显著［1］。硬岩钻进难题促使国内外学者开展了大量硬岩钻进新技术研究，大量研究成果表明超声波振动碎岩技术可以显著提高岩石钻进效率，超声波轴向高频振动冲击钻机与传统回转冲击钻机相比，所需的钻进压力和功耗更低［2-5］。

虽然国内外学者对超声波振动碎岩机具进行了大量研究并证明了其应用的可行性，但是对于岩石在超高频振动下破碎机理的认识还不全面。为了揭示超声波振动下硬岩破碎机理，本课题组已开展了大量研究，取得的研究成果可以概括为3 个方面：第一，不同超声波振动参数（振动频率、预载静压力）对岩石宏观及细观损伤影响规律研究；第二，超声波振动下岩石应变场研究；第三，超声波振动下岩石热应力场研究。研究成果表明：当超声波振动频率与岩石固有频率保持一致时，岩石所处的共振状态是碎岩效率提高的关键［6］，同时岩石在超声波高频激励下存在强度弱化的静压力阈值［7］；细观角度上，长石颗粒的破坏是花岗岩破碎的主因，微裂纹的扩展机理主要为疲劳拉伸破坏。宏观尺度上，宏观破碎总是集中在试样上部，并且优先在试样临空面处产生［8］；花岗岩试样在超声波振动荷载作用下先经历压缩变形，之后转变为拉伸变形，并发生宏观破碎［9］；……